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JP6040243B2 - Additives for dye-sensitized solar cells - Google Patents
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Description

本発明は、少なくとも1種の式Iで表されるイミダゾール誘導体または1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)イミダゾール、1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)1,2,3−トリアゾールもしくは1−(2’−チオエチル)エチルイミダゾールの色素増感太陽電池における添加剤としての使用、ならびに式Iで表される少なくとも1種の化合物または1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)イミダゾール、1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾールもしくは1−(2’−チオエチル)エチルイミダゾールを含む特別の電解質配合物および色素増感太陽電池に関する。   The present invention relates to at least one imidazole derivative of formula I or 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) imidazole, 1- (3,3,4,4,4-penta Use of fluorobutyl) 1,2,3-triazole or 1- (2′-thioethyl) ethylimidazole as an additive in dye-sensitized solar cells and at least one compound of formula I or 1- ( 3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) imidazole, 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1,2,3-triazole or 1- (2′-thioethyl) It relates to a special electrolyte formulation comprising ethylimidazole and a dye-sensitized solar cell.

増感色素を利用する色素増感太陽電池は、広汎な注目を集めてきた。色素増感太陽電池は、例えば、透明基板上にこの順序で形成される、透明導電性フィルム、その中に支持される増感色素を有する多孔質の半導体電極、正孔輸送層、および対電極を含む。   Dye-sensitized solar cells using sensitizing dyes have attracted widespread attention. A dye-sensitized solar cell includes, for example, a transparent conductive film formed in this order on a transparent substrate, a porous semiconductor electrode having a sensitizing dye supported therein, a hole transport layer, and a counter electrode including.

かかるセルの例は、文献:O'Regan, B. and Graetzel, M. (1991) Nature, 353, 737に記載されている。太陽電池はこの場合、一対の対向電極(アノードおよびカソード)ならびにそれらの間に電解質を含有する。電解質は、色素増感ナノ多孔質半導体−電解質界面における電荷分離に際して作られる正孔の媒体として、異なる酸化状態を有するヨウ化物イオン対を含む。カソードは伝導性材料から作られ、一方でアノードは、ガラスなどの透明材料の板であって、その上に他の元素でドープされうる光透過性の二酸化スズ(SnO)の透明の伝導性層ならびにその上に半導体の二酸化チタン(TiO)層を有する、前記板から作られる。TiO層は、その表面へ増感色素が結合する、ナノ結晶粒子からなるTiO半導体で形成される。TiOナノ結晶層および色素の間の界面が照射されると、電子がTiOへと注入される。 Examples of such cells are described in the literature: O'Regan, B. and Graetzel, M. (1991) Nature, 353, 737. The solar cell in this case contains a pair of counter electrodes (anode and cathode) and an electrolyte between them. The electrolyte includes iodide ion pairs having different oxidation states as a hole medium created upon charge separation at the dye-sensitized nanoporous semiconductor-electrolyte interface. The cathode is made of a conductive material, while the anode is a plate of transparent material, such as glass, on which the transparent conductivity of light transmissive tin dioxide (SnO 2 ) that can be doped with other elements. Made from said plate having a layer as well as a semiconductor titanium dioxide (TiO 2 ) layer thereon. The TiO 2 layer is formed of a TiO 2 semiconductor composed of nanocrystalline particles to which a sensitizing dye is bonded. When the interface between the TiO 2 nanocrystal layer and the dye is illuminated, electrons are injected into TiO 2 .

一方、媒体が電解質内で酸化を受ける;3つのヨウ化物イオン(I)が2つの電子を放出し、高度な酸化度の三ヨウ化物イオン(I )が生じる。それから電子がTiOナノ結晶層を介して輸送され、および透明伝導性層により収集される一方で三ヨウ化物イオン(I )はカソードへと拡散し、および2つの電子を獲得してヨウ化物イオン(I)へと還元される。このようにして、この種の湿式電池は、太陽エネルギーを電気エネルギーへと変換する。 On the other hand, the medium undergoes oxidation in the electrolyte; three iodide ions (I ) emit two electrons, resulting in triiodide ions (I 3 ) with a high degree of oxidation. The electrons are then transported through the TiO 2 nanocrystal layer and collected by the transparent conductive layer while the triiodide ion (I 3 ) diffuses to the cathode and acquires two electrons to acquire iodine. Reduced to fluoride ion (I ). In this way, this type of wet cell converts solar energy into electrical energy.

色素増感太陽電池は、その単純かつ便利な製造方法、それゆえの低減された材料コストなどのため、次世代のための太陽電池として役立つと期待されてきている。   Dye-sensitized solar cells have been expected to be useful as solar cells for the next generation because of their simple and convenient manufacturing methods and hence reduced material costs.

色素増感太陽電池を実用に供するために、変換効率におけるさらなる改善に対する要求が存在し、およびそのために、発生する電流(短絡回路電流、Jsc)の、開回路電圧(VOC)における、ならびに安全性および耐用性における増加に対する要求が存在した。 In order to put the dye-sensitized solar cell into practical use, there is a need for further improvement in conversion efficiency, and therefore the current generated (short circuit current, J sc ), in the open circuit voltage (V oc ), and There was a need for an increase in safety and durability.

最良に機能する色素増感太陽電池は現在、少なくとも1種の揮発性有機溶媒を含有し、電解質の粘性を低減させ、それゆえイオン移動度を高めている。ここで最大の課題は、例えばYu Bai et al., "High-performance dye-sensitized solar cells based on solvent-free electrolytes produced from eutectic melts", Nature Materials 2008, 1において開示されるように、電解質液がイオンのみで構成されるという目的のもとで、揮発性溶媒をイオン液体と置き換えることにより、電解質の揮発性を除去するまたは低減させることである。   The best-functioning dye-sensitized solar cells now contain at least one volatile organic solvent, reducing the viscosity of the electrolyte and thus increasing the ion mobility. The biggest problem here is that, as disclosed in, for example, Yu Bai et al., “High-performance dye-sensitized solar cells based on solvent-free electrolytes produced from eutectic melts”, Nature Materials 2008, 1, For the purpose of being composed solely of ions, the volatility of the electrolyte is removed or reduced by replacing the volatile solvent with an ionic liquid.

イオン液体に基づくDSSCの電力変換効率を制限する要因の1つは、関連する作動状態におけるレドックス対(例えばI )のかなり大量の酸化された部位に起因する、半導体における注入電子または伝導帯電子(例えばTiO)のかなり大規模な再結合でありうる。開回路電圧を増加させるために、かかる再結合を避ける必要があり、換言すると、半導体電解質接合部における漏れ電流を抑制することを意味する。 One factor limiting the power conversion efficiency of DSSCs based on ionic liquids is the injected electrons or conduction bands in the semiconductor due to a fairly large amount of oxidized sites of the redox couple (eg, I 3 ) in the relevant operating state. It can be a fairly large recombination of electrons (eg TiO 2 ). In order to increase the open circuit voltage, it is necessary to avoid such recombination, in other words, to suppress leakage current at the semiconductor electrolyte junction.

漏れ電流は、例えばTiO表面が単層の色素により被覆されているにもかかわらず生じる、伝導帯電子(e cb)による三ヨウ化物の上記の還元:
+2e cb(TiO)→3I
から発生する。三ヨウ化物は、相対的に小さなサイズであるため、色素層を横切るか、または色素が完全には被覆できない、つまりTiOの表面がむき出しでありおよびレドックス電解質に対して露出されているナノメートルサイズの孔へのアクセスを有するかのいずれかである。
Leakage currents occur for example in the above reduction of triiodide by conduction band electrons (e cb ), which occurs despite the fact that the TiO 2 surface is coated with a single layer of dye:
I 3 + 2e cb (TiO 2 ) → 3I
Arising from. Triiodide, since relatively a small size, or across the dye layer, or a dye can not be completely coated, that is nanometer surface of the TiO 2 is exposed to bare a is and redox electrolyte Either have access to a hole of size.

典型的には、TiO表面上の遊離部位に適合され、それゆえ三ヨウ化物または遊離ヨウ素の可能な再結合部位へのアクセスを阻止すると考えられている化合物の添加により、再結合は抑制される。この目的に典型的に使用される化合物の例は、(ポリ)エーテル誘導体、アミド、エステル、ニトリルである。現行の最良の結果は、N−アルキル−ベンズイミダゾール(Zhaofu Fei et al., Inorg. Chem. 2006, 45, 10407-10409, A Supercooled Imidazolium Iodide Ion Liquid as a Low-Viscosity Electrolyte for Dye-Sensitized Solar Cells)、4−tert−ブチルピリジン(TBP、M.K. Nazeeruddin et al., J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 6382-6390)またはテトラゾール、ピラゾール、トリアゾール、ピラジン、ピリミジン、トリアジンなどの窒素含有複素環系添加剤(H. Kusama et al., J. Photochem. Photobiol., A Chemistry, 2005, 169-176)を用いて達成されてきた。TBPおよび窒素含有複素環系添加剤は、少なくとも1種の揮発性有機溶媒を含む電解質において特に有用であるとされている。現在までに公知の複素環系添加剤における窒素孤立電子対の供与特性は、強化されたVOCの原因となると考えられている。 Recombination is typically suppressed by the addition of compounds that are adapted to free sites on the TiO 2 surface and are therefore thought to prevent access to possible recombination sites for triiodide or free iodine. The Examples of compounds typically used for this purpose are (poly) ether derivatives, amides, esters, nitriles. The current best result is that N-alkyl-benzimidazole (Zhaofu Fei et al., Inorg. Chem. 2006, 45, 10407-10409, A Supercooled Imidazolium Iodide Ion Liquid as a Low-Viscosity Electrolyte for Dye-Sensitized Solar Cells ), 4-tert-butylpyridine (TBP, MK Nazeeruddin et al., J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 6382-6390) or nitrogen-containing complexes such as tetrazole, pyrazole, triazole, pyrazine, pyrimidine, triazine It has been achieved using ring additives (H. Kusama et al., J. Photochem. Photobiol., A Chemistry, 2005, 169-176). TBP and nitrogen-containing heterocyclic additives are believed to be particularly useful in electrolytes comprising at least one volatile organic solvent. The donating properties of nitrogen lone pairs in known heterocyclic additives to date are believed to be responsible for enhanced V OC .

かかる塩基が電解質または増感された電極のいずれかに由来するプロトンを受容し、したがって完成したデバイス中の増感された電極表面の酸性度が緩衝され、長期の試験にわたって安定した出力を確実にするという効果の代替の、または二次的な説明が、信じられている。   Such bases accept protons from either the electrolyte or the sensitized electrode, thus buffering the acidity of the sensitized electrode surface in the finished device, ensuring a stable output over long periods of testing. Alternative or secondary explanations for the effect of doing are believed.

WO 2010/121900には、N−メチルイミダゾール、N−エチルイミダゾールおよびN−プロピルイミダゾールのDSSCにおける電解質のための添加剤としての使用が記載されている。
EP 0 986 079 A2には、DSSCにおける電解質のための添加剤としての、−N=C(R)−を含み、式中Rがアルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環式基、アルコキシ基、アリールオキシ基またはアシルアミノ基を表す複素環式化合物が記載されている。
WO 2010/121900 describes the use of N-methylimidazole, N-ethylimidazole and N-propylimidazole as additives for electrolytes in DSSC.
EP 0 986 079 A2 includes —N═C (R 1 ) — as an additive for the electrolyte in DSSC, where R 1 is an alkyl group, cycloalkyl group, aralkyl group, aryl group, complex Heterocyclic compounds representing cyclic groups, alkoxy groups, aryloxy groups or acylamino groups are described.

JP 2005-108664には、アルキル基、アルキニル基、フェニル基、アミノフェニル基、ハロゲン化フェニル基、アミノ基、アミノプロピル基、シアノ基、シアノメチル基、ハロゲン基またはベンジル基によって置換されていてもよいイミダゾール化合物、特にイミダゾール、1−(1−ブチル)イミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、5−エチニル−1−メチルイミダゾール、1−フェニルイミダゾール、4−メチル−2−フェニルイミダゾール、1−(4−アミノフェニル)イミダゾール、1−(4−フルオロフェニル)イミダゾール、4−アミノ−5−シアノイミダゾール、1−(3−アミノプロピル)イミダゾール、4−シアノメチルイミダゾール、4−ブロモイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾールをアセトニトリルを使用した溶媒に基づく電解質中に含む電解質溶液を含む、色素増感太陽電池が記載されている。   JP 2005-108664 may be substituted with an alkyl group, an alkynyl group, a phenyl group, an aminophenyl group, a halogenated phenyl group, an amino group, an aminopropyl group, a cyano group, a cyanomethyl group, a halogen group or a benzyl group. Imidazole compounds, especially imidazole, 1- (1-butyl) imidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 5-ethynyl-1-methylimidazole, 1-phenylimidazole, 4-methyl-2-phenylimidazole, 1- ( 4-aminophenyl) imidazole, 1- (4-fluorophenyl) imidazole, 4-amino-5-cyanoimidazole, 1- (3-aminopropyl) imidazole, 4-cyanomethylimidazole, 4-bromoimidazole, 1-benzyl 2-methylimidazole to aceto An electrolyte solution containing the electrolyte based on the solvent used tolyl describes a dye-sensitized solar cell.

JP 2006-331995には、1〜12個のC原子を有する炭化水素基、特に1〜6個のC原子を有するアルキル基および6〜12個のC原子を有するアリール基によって置換されてもよいイミダゾール化合物を含む電解質溶液を含む、色素増感太陽電池が記載されている。2−エチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、2−プロピルイミダゾールをアセトニトリル中に含む溶媒に基づく電解質、2−エチルイミダゾールを含む固体電解質ならびにエチルメチルイミダゾリウムトリフルオロメチルスルホニルイミドおよび2−プロピルイミダゾールを含む電解質が、記載されている。   JP 2006-331995 may be substituted by a hydrocarbon group having 1 to 12 C atoms, in particular an alkyl group having 1 to 6 C atoms and an aryl group having 6 to 12 C atoms A dye-sensitized solar cell is described that includes an electrolyte solution containing an imidazole compound. Electrolytes based on solvents containing 2-ethylimidazole, 4-methylimidazole, 2-propylimidazole in acetonitrile, solid electrolytes containing 2-ethylimidazole and electrolytes containing ethylmethylimidazolium trifluoromethylsulfonylimide and 2-propylimidazole Is described.

JP 2010-177197には、約13個のC原子の長鎖アルキル基を有するホスホン酸、tert−ブチルピリジンおよび1−メトキシベンズイミダゾールを含むDSSCのための添加剤が記載されている。   JP 2010-177197 describes additives for DSSC, including phosphonic acids having a long-chain alkyl group of about 13 C atoms, tert-butylpyridine and 1-methoxybenzimidazole.

しかし、酸化物半導体の伝導バンド端の負の方向へのシフトによりおよび/または漏れ電流の低減しそれゆえ最大電力作動電圧を最大化させることにより開回路電圧を改善することができる、新規のおよび/または改善せれた添加剤に対する要求が継続して存在する。開回路電圧は、室温より上のおよび色素沈着が発生する温度より十分下の温度を含む広い温度範囲(つまり、40℃〜120℃の範囲)にわたって改善されたDSC効率を達成するよう合わせる必要がある、1つの重要なパラメーターである。   However, a novel and improved open circuit voltage can be achieved by shifting the oxide semiconductor conduction band edge in the negative direction and / or by reducing leakage current and thus maximizing the maximum power operating voltage. There is a continuing need for improved additives. The open circuit voltage must be tailored to achieve improved DSC efficiency over a wide temperature range (ie, in the range of 40 ° C. to 120 ° C.), including temperatures above room temperature and well below the temperature at which pigmentation occurs. One important parameter.

それゆえ本発明の目的は、再結合阻害剤として作用する色素増感太陽電池のための添加剤としての、および/または孔質半導体の伝導バンド端のシフトを誘発する、好ましくははTiOのそれを誘発する剤としての、代替のおよび/または改善された化合物を提供することである。 The object of the present invention is therefore to induce a shift of the conduction band edge of porous semiconductors, preferably as an additive for dye-sensitized solar cells acting as recombination inhibitors, and / or preferably of TiO 2 It is to provide alternative and / or improved compounds as agents that induce it.

驚くべきことに、特別のアルコキシアルキルイミダゾールまたは1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)イミダゾール、1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾールまたは1−(2’−チオエチル)エチルイミダゾールが、かかる要求を充足することが見出された。   Surprisingly, special alkoxyalkylimidazoles or 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) imidazole, 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1, 2,3-triazole or 1- (2′-thioethyl) ethylimidazole has been found to meet such requirements.

いかなる理論によっても束縛されず、式Iで表されるアルコキシアルキルイミダゾールは再結合阻害剤として、および/または開回路電圧(Voc)の増加をもたらす孔質半導体の伝導バンド端のシフトを誘発するための剤として作用すると信じられている。式Iで表されるアルコキシアルキルイミダゾールまたは1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)イミダゾール、1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾールまたは1−(2’−チオエチル)エチルイミダゾールは、したがって漏れ電流を低減することができ、伝導バンド端を増強することができ、VOCおよび最大出力電圧VMAXの増加を共にもたらす添加剤として作用する。 Without being bound by any theory, the alkoxyalkylimidazoles of formula I induce a shift in the conduction band edge of the porous semiconductor as a recombination inhibitor and / or resulting in an increase in open circuit voltage (V oc ). It is believed to act as an agent for. Alkoxyalkylimidazole represented by the formula I or 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) imidazole, 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1,2 , 3-triazole or 1- (2′-thioethyl) ethylimidazole can thus reduce leakage current, enhance conduction band edge, resulting in both increased V OC and maximum output voltage V MAX Acts as an additive.

本発明は、したがって、第1に、式I
式中、
、R、R、RおよびRは、互いに独立して、
H、F、Clまたは
任意に部分的に、もしくは完全にフッ素化もしくは塩素化されていてもよい、1〜20個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝状アルキル
であり、
nは1、2、3または4であり、
mは1、2、3または4である、
で表される少なくとも1種の化合物の、色素増感太陽電池における添加剤としての使用に関する。
The present invention therefore firstly provides the formula I
Where
R a , R b , R c , R d and R e are independently of each other,
H, F, Cl or linear or branched alkyl having 1 to 20 C atoms, optionally partially or fully fluorinated or chlorinated,
n is 1, 2, 3 or 4;
m is 1, 2, 3 or 4.
Is used as an additive in a dye-sensitized solar cell.

1〜20個のC原子を有する直鎖状または分枝状アルキル基は、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec.−ブチル、tert.−ブチル、1−(2,2−ジメチル)−プロピル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、xが1;2または3であるx−メチルブチル、xが1;2;3または4であるx−メチルペンチル、xが1;2;3;4または5であるx−メチルヘキシル、xが1、2または3であるx−エチルペンチル、xが1;2;3または4であるx−エチルヘキシル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、n−テトラデシル、n−ペンタデシル、n−ヘキサデシル、n−ヘプタデシル、n−オクタデシル、n−ノナデシルおよびn−エイコシルであり、それは部分的にフッ素化、完全にフッ素化、部分的に塩素化または完全に塩素化され得る。   Linear or branched alkyl groups having 1 to 20 C atoms are for example methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec. -Butyl, tert. -Butyl, 1- (2,2-dimethyl) -propyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, x-methylbutyl in which x is 1; 2 or 3; x-methyl in which x is 1; 2; 3 or 4 Pentyl, x-methylhexyl wherein x is 1; 2; 3; 4 or 5; x-ethylpentyl where x is 1, 2 or 3; x-ethylhexyl where x is 1; 2; 3 or 4; n Nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tridecyl, n-tetradecyl, n-pentadecyl, n-hexadecyl, n-heptadecyl, n-octadecyl, n-nonadecyl and n-eicosyl, which are It can be partially fluorinated, fully fluorinated, partially chlorinated or fully chlorinated.

用語「完全にフッ素化された」は、すべてのH原子が所与のアルキル基中のF原子によって置換されていることを意味する。用語「部分的にフッ素化された」は、所与のアルキル基の少なくとも1個のH原子がF原子によって置換されていることを意味する。用語「完全に塩素化された」は、すべてのH原子が所与のアルキル基中のCl原子によって置換されていることを意味する。用語「部分的に塩素化された」は、所与のアルキル基の少なくとも1個のH原子がCl原子によって置換されていることを意味する。   The term “fully fluorinated” means that all H atoms are replaced by F atoms in a given alkyl group. The term “partially fluorinated” means that at least one H atom of a given alkyl group is replaced by an F atom. The term “fully chlorinated” means that all H atoms are replaced by Cl atoms in a given alkyl group. The term “partially chlorinated” means that at least one H atom of a given alkyl group is replaced by a Cl atom.

上に記載した式Iで表される好ましい化合物は、R、R、R、RおよびRが互いに独立してHまたはFである化合物である。
、R、R、RおよびRは、特に好ましくはHである。
変数nは、好ましくは1または2である。
変数mは、好ましくは1または2である。
Preferred compounds of the formula I described above are those in which R a , R b , R c , R d and R e are independently H or F.
R a , R b , R c , R d and R e are particularly preferably H.
The variable n is preferably 1 or 2.
The variable m is preferably 1 or 2.

したがって、式Iで表される好ましい化合物は、1−(2−エトキシエチル)イミダゾール、1−(2−メトキシエチル)イミダゾール、1−(エトキシメチル)イミダゾールおよび1−(メトキシメチル)イミダゾールである。1−(2−エトキシエチル)イミダゾールが、特に好ましい。   Accordingly, preferred compounds of formula I are 1- (2-ethoxyethyl) imidazole, 1- (2-methoxyethyl) imidazole, 1- (ethoxymethyl) imidazole and 1- (methoxymethyl) imidazole. 1- (2-ethoxyethyl) imidazole is particularly preferred.

上に記載したかまたは好ましく記載した式Iで表される少なくとも1種の化合物を、単一の添加剤として、またはブレンステッドもしくはルイス酸性化合物、例えば式Ia
式中、R、R、n、R、R、mおよびRは、上に定義した意味を有し、1価のアニオン、好ましくはヨウ化物またはチオシアン酸塩を有する、
で表される化合物を意味するそれ自体の共役酸
または前記電解質内の種々のプロトン化されたイミダゾール化合物
と組み合わせて使用することができる。
At least one compound of the formula I described above or preferably described can be used as a single additive or as a Bronsted or Lewis acidic compound such as the formula Ia
In which R a , R b , n, R c , R d , m and R e have the meanings defined above and have a monovalent anion, preferably iodide or thiocyanate,
Can be used in combination with its own conjugate acid, which means a compound represented by or various protonated imidazole compounds in the electrolyte.

異なるプロトン化されたイミダゾール化合物は、例えば1−アルコキシアルキルイミダゾリウムヨージドまたは1−アルキルイミダゾリウムヨージドである。それはまた、他の既知の添加剤、例えば(ポリ)エーテル誘導体、アミド、エステル、ニトリルまたは従来技術において添加剤として述べられている他の複素環式化合物を含んでいてもよい。   Different protonated imidazole compounds are, for example, 1-alkoxyalkylimidazolium iodides or 1-alkylimidazolium iodides. It may also contain other known additives such as (poly) ether derivatives, amides, esters, nitriles or other heterocyclic compounds mentioned as additives in the prior art.

式Iaで表される化合物を、式Iで表される化合物の酸、好ましくはHIまたは式Iで表される化合物をプロトン化することができるチオシアン酸塩と一緒の反応を通じて合成することができる。   A compound of formula Ia can be synthesized through reaction with an acid of the compound of formula I, preferably HI or a thiocyanate capable of protonating the compound of formula I. .

所与のデバイス、例えば色素増感太陽電池において有用な電解質の種類は、制限されない。電解質は、一般的に溶融した塩またはイオン液体と記載される分子状溶媒または有機塩に基づいてもよい。上に記載したかもしくは好ましく記載した式Iで表されるイミダゾール、または1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)イミダゾール、1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾールもしくは1−(2’−チオエチル)エチルイミダゾールを高度に揮発性の分子、例えば低分子量有機溶媒を含まない電解質において使用するのが、好ましい。   The type of electrolyte useful in a given device, such as a dye-sensitized solar cell, is not limited. The electrolyte may be based on a molecular solvent or organic salt, generally described as a molten salt or ionic liquid. The imidazole of formula I described above or preferably described, or 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) imidazole, 1- (3,3,4,4,4- It is preferred to use pentafluorobutyl) -1,2,3-triazole or 1- (2′-thioethyl) ethylimidazole in electrolytes that do not contain highly volatile molecules, such as low molecular weight organic solvents.

本発明はさらに、上に記載したかまたは好ましく記載した式Iで表される少なくとも1種の化合物を、レドックス活性種、例えばヨウ化物/三ヨウ化物またはCo(II)/Co(III)錯体対、例えばdbbipが2,6−ビス(1’−ブチルベンズイミダゾール−2’−イル)ピリジンを意味するCo(II)/Co(III)(dbbip)、bpyがビピリジンまたはそのアルキル化ビピリジン誘導体を示すCo(II)/Co(III)(bpy)と一緒に含む電解質配合物に関し、対アニオンは、パークロラート、フルオロパーフルオロアルキルリン酸塩、例えばパーフルオロエチルペンタフルオロリン酸塩、または(フルオロ)シアノホウ酸塩、特にテトラシアノホウ酸塩、好ましくはヨウ化物および少なくとも1種のヨウ化物塩のレドックス活性種としてのレドックス対である。この電解質配合物を、色素増感太陽電池の電解質として使用するものとする。 The present invention further relates to at least one compound of the formula I described above or preferably described as redox active species such as iodide / triiodide or Co (II) / Co (III) complex pairs. For example, Co (II) / Co (III) (dbbip) 2 in which dbbip represents 2,6-bis (1′-butylbenzimidazol-2′-yl) pyridine, and bpy represents bipyridine or an alkylated bipyridine derivative thereof. For the electrolyte formulation comprising Co (II) / Co (III) (bpy) 3 shown , the counter anion can be perchlorate, a fluoroperfluoroalkyl phosphate such as perfluoroethyl pentafluorophosphate, or (fluoro ) Cyanoborate, in particular tetracyanoborate, preferably iodide and at least one A redox couple as a redox active species c product salt. This electrolyte composition is used as an electrolyte of a dye-sensitized solar cell.

色素増感太陽電池に対する電解質配合物の分野において既知の電解質配合物に対する代替物または改良物としての、本発明の添加剤を含む、上に記載したまたは好ましく記載される、本発明の電解質配合物。本発明の添加剤を使用する場合、かかる電解質配合物は、同等のまたは増加した電力変換効率を示し、現行の既知の添加剤、例えばtert−ブチル−ピリジンの不利を回避する。上に記載したまたは好ましく記載される式Iで表される本発明の添加剤は、開回路電圧(VOC)、およびそれゆえ上に定義される色素増感太陽電池の電力変換効率を増加させる。 The electrolyte formulation of the present invention as described above or preferably described, comprising the additive of the present invention as an alternative or improvement to an electrolyte formulation known in the field of electrolyte formulations for dye-sensitized solar cells . When using the additive of the present invention, such electrolyte formulations exhibit comparable or increased power conversion efficiency, avoiding the disadvantages of current known additives, such as tert-butyl-pyridine. The additive of the invention of the formula I described above or preferably described increases the open circuit voltage (V oc ) and hence the power conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell as defined above .

化学において、電解質は、物質を導電性とせしめる自由イオンを含有する任意の物質である。最も典型的な電解質はイオン溶液であるが、溶融電解質および固体電解質もまた可能である。   In chemistry, an electrolyte is any substance that contains free ions that make the substance conductive. The most typical electrolyte is an ionic solution, but molten and solid electrolytes are also possible.

それゆえ本発明の電解質配合物は、基本的には溶解または溶融状態で存在する少なくとも1種の物質の存在がゆえ、導電性媒体であり、つまりイオン種の動きを介する導電性を支持する。しかし、かかる導電性は、色素増感太陽電池の電解質の役割に対し、大いには関連しないかもしれない。それゆえ、本発明の範囲は高度に伝導性の電解質媒体には限定されない。   Therefore, the electrolyte formulation of the present invention is basically a conductive medium because of the presence of at least one substance present in the dissolved or molten state, ie, supports conductivity through the movement of ionic species. However, such conductivity may not be highly relevant to the electrolyte role of dye-sensitized solar cells. Therefore, the scope of the present invention is not limited to highly conductive electrolyte media.

電解質の用語は、電解質配合物に対して開示される全ての原料を十分に含む電解質配合物の用語に対して用いられ得る。   The term electrolyte can be used for an electrolyte formulation term that fully includes all of the ingredients disclosed for the electrolyte formulation.

上に記載したかまたは好ましく記載した式Iで表される化合物の合計濃度は、典型的には電解質配合物内で0.01〜30重量%(%w/w)、好ましくは0.03〜20重量%、より好ましくは0.1〜10重量%の範囲内にある。   The total concentration of the compounds of formula I described above or preferably described is typically 0.01-30% by weight (% w / w), preferably 0.03-0.0% in the electrolyte formulation. It is in the range of 20% by weight, more preferably 0.1 to 10% by weight.

本発明の電解質配合物は、好ましくはヨウ素(I)を含む。特に好ましくは、それは、0.01〜30重量%、より好ましくは0.05〜20重量%および最も好ましくは0.2〜10重量%のIを含む。 The electrolyte formulation of the present invention preferably contains iodine (I 2 ). Particularly preferably it comprises 0.01 to 30% by weight, more preferably 0.05 to 20% by weight and most preferably 0.2 to 10% by weight of I 2 .

本発明の電解質配合物は、好ましくは少なくとも1種のヨウ化物塩を含む。   The electrolyte formulation of the present invention preferably comprises at least one iodide salt.

ヨウ化物塩は、無機または有機のカチオンおよびアニオンとしてのIからなる。カチオンの種類には限定は存在しない。しかし、特にDSCに対する、電解質配合物における異なるカチオンの量を限定するために、有機カチオン、例えば四級窒素原子を含む有機化合物、好ましくはピリジニウム、イミダゾリウム、トリアゾリウム、ピロリジニウムまたはモルホリニウムなどの環状有機カチオンを含む有機化合物などが用いられ得る。 Iodide salt, I as inorganic or organic cations and anions - consists. There is no limitation on the type of cation. However, to limit the amount of different cations in the electrolyte formulation, especially for DSC, organic cations, for example organic compounds containing quaternary nitrogen atoms, preferably cyclic organic cations such as pyridinium, imidazolium, triazolium, pyrrolidinium or morpholinium Organic compounds containing can be used.

好ましくは、電解質配合物は、有機カチオンが独立して群
式中、置換基
2’およびR3’はそれぞれ、互いに独立してHまたは1〜20個のC原子を有する直鎖のまたは分枝のアルキルを示し、
1’およびR4’はそれぞれ、互いに独立して、
1〜20個のC原子を有する直鎖のまたは分枝のアルキル、これは任意に部分的にフッ素化またはパーフッ素化されていてもよい、
2〜20個のC原子および1または2個以上の二重結合を有する直鎖のまたは分枝のアルケニル、これは任意に部分的にフッ素化されていてもよい、
2〜20個のC原子および1または2個以上の三重結合を有する直鎖のまたは分枝のアルキニル、これは任意に部分的にフッ素化されていてもよい、
を示す、
から選択される、少なくとも1種のヨウ化物塩を含む。
Preferably, the electrolyte formulation is a group of organic cations independently.
In which the substituents R 2 ′ and R 3 ′ each independently represent H or straight-chain or branched alkyl having 1 to 20 C atoms,
R 1 ′ and R 4 ′ are each independently of each other,
Linear or branched alkyl having 1 to 20 C atoms, which may optionally be partially fluorinated or perfluorinated,
A linear or branched alkenyl having 2 to 20 C atoms and one or more double bonds, which may optionally be partially fluorinated,
A straight-chain or branched alkynyl having 2 to 20 C atoms and one or more triple bonds, which may optionally be partially fluorinated,
Showing,
At least one iodide salt selected from:

少なくとも1種のヨウ化物塩の特に好ましい例は、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムヨウ化物(emim I)、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムヨウ化物(pmim I)、1−ブチル−3−メチル−イミダゾリウムヨウ化物(bmim I)、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヨウ化物(hmim I)、1,3−ジメチル−イミダゾリウムヨウ化物(mmim I)、1−アリル−3−メチルイミダゾリウムヨウ化物(amim I)、N−ブチル−N−メチル−ピロリジニウムヨウ化物(bmpl I)またはN,N−ジメチル−ピロリジニウムヨウ化物(mmpl I)である。   Particularly preferred examples of at least one iodide salt are 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide (emim I), 1-propyl-3-methylimidazolium iodide (pmim I), 1-butyl-3 -Methyl-imidazolium iodide (bmim I), 1-hexyl-3-methylimidazolium iodide (hmim I), 1,3-dimethyl-imidazolium iodide (mmim I), 1-allyl-3-methyl It is imidazolium iodide (amim I), N-butyl-N-methyl-pyrrolidinium iodide (bmpl I) or N, N-dimethyl-pyrrolidinium iodide (mmpl I).

電解質配合物の他の成分は、さらに下に示される、1種または数種のさらなる塩または溶媒または添加剤である。   Another component of the electrolyte formulation is one or several additional salts or solvents or additives as further indicated below.

本発明の別の態様において、電解質配合物は、第四級窒素を含む有機カチオンおよび、ハロゲン化物イオン、例えばF、Cl、I、ポリハロゲン化物(polyhalide)イオン、フルオロアルカンスルホネート、フルオロアルカンカルボキシレート、トリ(フルオロアルキルスルホニル)メチド、ビス(フルオロアルキルスルホニル)イミド、ビス(フルオロスルホニル)イミド、硝酸塩、ヘキサフルオロホスフェート、トリス−、ビス−およびモノ−(フルオロアルキル)フルオロホスフェート、テトラシアノボレート、ジシアノジフルオロボレート、トリシアノフルオロボレート、トリス−、ビス−もしくはモノパーフルオロアルキルシアノボレート、ビス−もしくはモノシアノ−パーフルオロアルキル−モノ−もしくはビスフルオロボレート、パーフルオロアルキル−アルコキシ−フルオロ−シアノボレート、パーフルオロアルキル−アルコキシ−ジシアノボレート、ジシアナミド、トリシアノメチド、モノヒドリドトリシアノボレート、ジヒドリドジシアノボレート、メチルトリシアノボレート、エチルトリシアノボレート、アリルトリシアノボレート、メチルエチルジシアノボレート、ジメチルジシアノボレート、ジエチルジシアノボレート、チオシアネート、アルキルスルホネートまたはアルキルサルフェートから選択されたアニオンを有する少なくとも1種のさらなる塩を含み、フルオロアルカンは1〜20個のC原子を有し、好ましくはパーフルオロ化されており、フルオロアルキルは1〜20個のC原子を有し、アルキルは1〜20個のC原子を有する。フルオロアルカンまたはフルオロアルキルは、好ましくはパーフルオロ化されている。 In another embodiment of the invention, the electrolyte formulation comprises an organic cation comprising quaternary nitrogen and halide ions, such as F , Cl , I , polyhalide ions, fluoroalkanesulfonates, fluoro Alkanecarboxylate, tri (fluoroalkylsulfonyl) methide, bis (fluoroalkylsulfonyl) imide, bis (fluorosulfonyl) imide, nitrate, hexafluorophosphate, tris-, bis- and mono- (fluoroalkyl) fluorophosphate, tetracyano Borate, dicyanodifluoroborate, tricyanofluoroborate, tris-, bis- or monoperfluoroalkyl cyanoborate, bis- or monocyano-perfluoroalkyl-mono- or bisfluoroborate Perfluoroalkyl-alkoxy-fluoro-cyanoborate, perfluoroalkyl-alkoxy-dicyanoborate, dicyanamide, tricyanomethide, monohydridotricyanoborate, dihydridodicyanoborate, methyltricyanoborate, ethyltricyanoborate, allyltricia The fluoroalkane contains 1 to 20 C atoms, comprising at least one further salt having an anion selected from noborate, methyl ethyl dicyanoborate, dimethyl dicyanoborate, diethyl dicyanoborate, thiocyanate, alkyl sulfonate or alkyl sulfate. Having, preferably perfluorinated, the fluoroalkyl has 1 to 20 C atoms and the alkyl has 1 to 20 C atoms. The fluoroalkane or fluoroalkyl is preferably perfluorinated.

好ましくは、さらなる塩は、アニオン、例えばチオシアネート、テトラシアノボレート、ジシアノジフルオロボレート、トリシアノフルオロボレート、モノヒドリドトリシアノボレート、ジヒドリドジシアノボレート、メチルトリシアノボレート、エチルトリシアノボレート、アリルトリシアノボレート、メチルエチルジシアノボレート、ジメチルジシアノボレート、ジエチルジシアノボレートまたはその組み合わせを含む塩から選択される。   Preferably, the further salt is an anion such as thiocyanate, tetracyanoborate, dicyanodifluoroborate, tricyanofluoroborate, monohydridotricyanoborate, dihydridodicyanoborate, methyltricyanoborate, ethyltricyanoborate, allyltricyanoborate. , Methylethyl dicyanoborate, dimethyldicyanoborate, diethyldicyanoborate or a salt comprising a combination thereof.

本発明の好ましい態様において、本発明の電解質配合物は、テトラシアノボレートアニオン、ジシアノジフルオロボレートアニオンおよび/またはトリシアノフルオロボレートアニオンを有する少なくとも1種の化合物を含む。   In a preferred embodiment of the present invention, the electrolyte formulation of the present invention comprises at least one compound having a tetracyanoborate anion, a dicyanodifluoroborate anion and / or a tricyanofluoroborate anion.

本発明の好ましい態様において、本発明の電解質配合物は、モノヒドリドトリシアノボレート、ジヒドリドジシアノボレート、メチルトリシアノボレート、エチルトリシアノボレート、アリルトリシアノボレート、メチルエチルジシアノボレート、ジメチルジシアノボレートまたはジエチルジシアノボレートアニオンを有する少なくとも1種の化合物を含む。   In a preferred embodiment of the invention, the electrolyte formulation of the invention comprises monohydridotricyanoborate, dihydridodicyanoborate, methyltricyanoborate, ethyltricyanoborate, allyltricyanoborate, methylethyldicyanoborate, dimethyldicyanoborate or Including at least one compound having a diethyldicyanoborate anion.

好ましくは上で述べたアニオン、例えばテトラシアノボレート、ジシアノジフルオロボレートアニオンまたはトリシアノフルオロボレートまたはモノヒドリドトリシアノボレートの1種を有する少なくとも1種のさらなる塩の、または好ましいさらなる塩のカチオンを、無機または有機カチオンの中から、好ましくは第四級窒素原子を含むカチオン、特に好ましくは環状の有機カチオン、例えばピリジニウム、イミダゾリウム、トリアゾリウム、ピロリジニウムまたはモルホリニウムの中から選択してもよい。   Preferably the cation of at least one further salt, or a preferred further salt having one of the anions mentioned above, for example tetracyanoborate, dicyanodifluoroborate anion or tricyanofluoroborate or monohydridotricyanoborate, is preferred Alternatively, it may be selected from among organic cations, preferably a cation containing a quaternary nitrogen atom, particularly preferably a cyclic organic cation such as pyridinium, imidazolium, triazolium, pyrrolidinium or morpholinium.

本発明の別の態様において、
プロトン供与体としての酸、好ましくはHI、
無機カチオンおよび1価のアニオンを有する、好ましくはアルカリ金属カチオンまたはアルカリ土類金属カチオンを有し、ヨウ化物、チオシアン酸または任意の他の不活性アニオン、例えばホウ酸アニオン、例えばテトラシアノボレートアニオンを有する塩、
プロトン化アミンを含む塩、例えば互いに独立して1〜4個のC原子を有する直鎖状または分枝状アルキルによって置換されており、1〜8個のC原子を有するフッ素化されていないか、部分的にフッ素化されているか、またはパーフルオロ化されている直鎖状もしくは分枝状アルコキシアルキルまたは3〜7個のC原子を有するシクロアルキルであってもよい、イミダゾリウム、1−置換イミダゾリウム、ベンズイミダゾリウムまたは1−置換ベンズイミダゾリウムのヨウ化物塩またはチオシアン酸塩を含む塩、
あるいはグアニジニウム塩、好ましくはグアニジニウムヨージドまたはグアニジニウムチオシアネートを、本発明の少なくとも1種の添加剤を含む電解質配合物に加えてもよい。
In another aspect of the invention,
An acid as a proton donor, preferably HI,
Having an inorganic cation and a monovalent anion, preferably having an alkali metal cation or alkaline earth metal cation, iodide, thiocyanate or any other inert anion such as a borate anion such as a tetracyanoborate anion Having salt,
A salt containing a protonated amine, eg, independently of one another, substituted by linear or branched alkyl having 1 to 4 C atoms and not fluorinated having 1 to 8 C atoms May be a partially fluorinated or perfluorinated linear or branched alkoxyalkyl or cycloalkyl having 3 to 7 C atoms, imidazolium, 1-substituted A salt comprising an imidazolium, benzimidazolium or iodide salt or thiocyanate of 1-substituted benzimidazolium,
Alternatively, a guanidinium salt, preferably guanidinium iodide or guanidinium thiocyanate, may be added to the electrolyte formulation comprising at least one additive of the present invention.

本発明の好ましい態様において、無機カチオン、好ましくはアルカリ金属カチオンまたはアルカリ土類金属カチオン、グアニジニウムカチオンまたはプロトン化されたアミンであるカチオン、好ましくはイミダゾリウム、ベンズイミダゾリウムまたは1−置換イミダゾリウムまたは1−置換ベンズイミダゾリウムを有するヨウ化物またはチオシアン酸塩を加え、ここで置換は、互いに独立して1〜4個のC原子を有し、1〜8個のC原子を有するフッ素化されていないか、部分的にフッ素化されているか、またはパーフルオロ化されている直鎖状もしくは分枝状アルコキシアルキルまたは3〜7個のC原子を有するシクロアルキルであってもよい、直鎖状または分枝状アルキルから選択される。   In a preferred embodiment of the invention, an inorganic cation, preferably an alkali metal cation or alkaline earth metal cation, guanidinium cation or a cation which is a protonated amine, preferably imidazolium, benzimidazolium or 1-substituted imidazolium. Or an iodide or thiocyanate having 1-substituted benzimidazolium, wherein the substitution is independently fluorinated having 1 to 4 C atoms and 1 to 8 C atoms. Linear, which may be non-partially fluorinated or partially fluorinated, linear or branched alkoxyalkyl or cycloalkyl having 3 to 7 C atoms Or selected from branched alkyl.

好ましい無機塩は、ヨウ化リチウム、チオシアン酸リチウム、ヨウ化マグネシウムまたはチオシアン酸マグネシウムである。
好ましいグアニジニウム塩は、グアニジニウムヨージドまたはグアニジニウムチオシアネートである。
プロトン化アミンであるカチオンを有する好ましい塩は、イミダゾリウムヨージド、イミダゾリウムチオシアネート、ベンズイミダゾリウムヨージド、ベンズイミダゾリウムチオシアネート、1−エチルイミダゾリウムヨージド、1−エチルイミダゾリウムチオシアネート、1−ブチルイミダゾリウムヨージドまたは1−ブチルイミダゾリウムチオシアネートである。
Preferred inorganic salts are lithium iodide, lithium thiocyanate, magnesium iodide or magnesium thiocyanate.
Preferred guanidinium salts are guanidinium iodide or guanidinium thiocyanate.
Preferred salts with cations that are protonated amines are imidazolium iodide, imidazolium thiocyanate, benzimidazolium iodide, benzimidazolium thiocyanate, 1-ethylimidazolium iodide, 1-ethylimidazolium thiocyanate, 1-butyl. Imidazolium iodide or 1-butylimidazolium thiocyanate.

本発明の1つの態様において、ヨウ化物またはチオシアン酸アニオンを有する少なくとも1種の塩を含む電解質配合物が好ましく、そのカチオンはプロトン化アミンである。   In one embodiment of the invention, an electrolyte formulation comprising at least one salt having an iodide or thiocyanate anion is preferred, and the cation is a protonated amine.

ヨウ化物塩およびさらなる化合物および/または添加剤の以下の組み合わせが、好ましい:
a)mmim IおよびemimTCB(1−エチル−3−メチルイミダゾリウム テトラシアノボレート)
b)pmim I(1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムヨージド)およびemim TCB
c)mmim I、amim IおよびemimTCB
d)mmim I、emim Iおよびemim TCB
e)mmim I、グアニジニウムヨージドおよびemim TCB
The following combinations of iodide salts and further compounds and / or additives are preferred:
a) mmim I and emimTCB (1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate)
b) pmim I (1-propyl-3-methylimidazolium iodide) and emim TCB
c) mmim I, amim I and emimTCB
d) mmim I, emim I and emim TCB
e) mmim I, guanidinium iodide and emim TCB

f)mmim I、グアニジニウムチオシアネートおよびemim TCB
g)mmim I、ヨウ化リチウムおよびemim TCB
h)mmim I、リチウムチオシアネートおよびemim TCB
i)mmim I、ヨウ化マグネシウムおよびemim TCB。
j)mmim I、マグネシウムチオシアネートおよびemim TCB。
k)mmim I、イミダゾリウムヨージドおよびemimTCB
f) mmim I, guanidinium thiocyanate and emim TCB
g) mmim I, lithium iodide and emim TCB
h) mmim I, lithium thiocyanate and emim TCB
i) mmim I, magnesium iodide and emim TCB.
j) mmim I, magnesium thiocyanate and emim TCB.
k) mmim I, imidazolium iodide and emimTCB

l)mmim I、イミダゾリウムチオシアネートおよびemimTCB
m)mmim I、イミダゾリウムヨージド、emimチオシアネートおよびemimTCB
n)mmim I、ベンズイミダゾリウムヨージドおよびemimTCB
o)mmim I、ベンズイミダゾリウムチオシアネートおよびemimTCB
p)mmim I、1−エチルイミダゾリウムチオシアネートおよびemimTCB
q)mmim I、1−エチルイミダゾリウムヨージドおよびemimTCB
l) mmim I, imidazolium thiocyanate and emimTCB
m) mmim I, imidazolium iodide, emim thiocyanate and emimTCB
n) mmim I, benzimidazolium iodide and emimTCB
o) mmim I, benzimidazolium thiocyanate and emimTCB
p) mmim I, 1-ethylimidazolium thiocyanate and emimTCB
q) mmim I, 1-ethylimidazolium iodide and emimTCB

r)mmim I、1−ブチルイミダゾリウムヨージドおよびemimTCB
s)mmim I、1−ブチルイミダゾリウムチオシアネートおよびemimTCB
t)mmimIおよびemim MFB(1−エチル−3−メチルイミダゾリウムフルオロトリシアノボレート)
u)mmimIおよびemim DDB(1−エチル−3−メチルイミダゾリウムジシアノジフルオロボレート)
v)mmim Iおよびemim MHB(1−エチル−3−メチルイミダゾリウムモノヒドリドトリシアノボレート)。
r) mmim I, 1-butylimidazolium iodide and emimTCB
s) mmim I, 1-butylimidazolium thiocyanate and emimTCB
t) mmimI and emim MFB (1-ethyl-3-methylimidazolium fluorotricyanoborate)
u) mmimI and emim DDB (1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanodifluoroborate)
v) mmim I and emim MHB (1-ethyl-3-methylimidazolium monohydridotricyanoborate).

emimは1−エチル−3−メチルイミダゾリウムを意味する。
pmimは1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムを意味する。
mmimは1,3−ジメチルイミダゾリウムを意味する。
amimは1−アリル−3−メチルイミダゾリウムを意味する。
emim means 1-ethyl-3-methylimidazolium.
pmim means 1-propyl-3-methylimidazolium.
mmim means 1,3-dimethylimidazolium.
amim means 1-allyl-3-methylimidazolium.

本発明の電解質配合物は、さらなる添加剤として非共有電子対を有する窒素原子を含む少なくとも1種の化合物を、前に記載したかもしくは好ましく記載した本発明の式Iで表される化合物に加えて、またはtert.−ブチル−ピリジンをさらに含んでもよい。かかる化合物の例は、EP 0 986 079 A2において、2頁40〜55行に開始して、および再び3頁14行から7頁54行にまで及んで見出され、これを明示的に参照により本明細書中に組み込む。   The electrolyte formulation of the present invention adds, as a further additive, at least one compound containing a nitrogen atom with an unshared electron pair to the compound of formula I of the present invention described above or preferably described above. Or tert. -Butyl-pyridine may also be included. Examples of such compounds are found in EP 0 986 079 A2, starting on page 2, line 40-55, and again extending from page 3, line 14 to page 7, line 54, which is expressly incorporated by reference. Incorporated herein.

以下の化合物がまた、光電子デバイスにおける、好ましくは色素増感太陽電池における添加剤として有用である:
1−(2−メトキシエトキシメチル)−1H−イミダゾール、
1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1H−イミダゾール、
1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,4−トリアゾール、
1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾール、
N−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−ベンズイミダゾール、
3−イミダゾール−1−イル−プロピルアミン、
The following compounds are also useful as additives in optoelectronic devices, preferably in dye-sensitized solar cells:
1- (2-methoxyethoxymethyl) -1H-imidazole,
1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1H-imidazole,
1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1,2,4-triazole,
1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1,2,3-triazole,
N- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -benzimidazole,
3-imidazol-1-yl-propylamine,

1−(2’−チオエチル)エチル−イミダゾール、
1−n−ペンチル−1H−イミダゾール、
1−n−ヘキシル−1H−イミダゾール、
1−n−ヘプチル−1H−イミダゾール、
1−n−オクチル−1H−イミダゾール、
1−n−ノニル−1H−イミダゾール、
1- (2′-thioethyl) ethyl-imidazole,
1-n-pentyl-1H-imidazole,
1-n-hexyl-1H-imidazole,
1-n-heptyl-1H-imidazole,
1-n-octyl-1H-imidazole,
1-n-nonyl-1H-imidazole,

1−n−デシル−1H−イミダゾール、
1−シクロプロピル−1H−イミダゾール、
1−(シクロペンチル)−1H−イミダゾール、
1−(シクロヘキシル)−1H−イミダゾール、
1−(シクロヘプチル)−1H−イミダゾール、
1−(シクロオクチル)−1H−イミダゾール、
1-n-decyl-1H-imidazole,
1-cyclopropyl-1H-imidazole,
1- (cyclopentyl) -1H-imidazole,
1- (cyclohexyl) -1H-imidazole,
1- (cycloheptyl) -1H-imidazole,
1- (cyclooctyl) -1H-imidazole,

1−(1−アダマンチル)−1H−イミダゾール、
1−(2−アダマンチル)−1H−イミダゾール、
1−イソプロピル−1H−イミダゾール、
1−(2−メチルプロピル)−1H−イミダゾール、
1−(3−メチルブチル)−1H−イミダゾール、
1−(1,1−ジメチルエチル)−1H−イミダゾール、
1- (1-adamantyl) -1H-imidazole,
1- (2-adamantyl) -1H-imidazole,
1-isopropyl-1H-imidazole,
1- (2-methylpropyl) -1H-imidazole,
1- (3-methylbutyl) -1H-imidazole,
1- (1,1-dimethylethyl) -1H-imidazole,

1−(2−エチルヘキシル)−1H−イミダゾール、
1−(3,7−ジメチルオクチル)−1H−イミダゾール、
1−(2,2,2−トリフルオロメチル)エチル−1H−イミダゾール
1−(3−プロピルヘプチル)−1H−イミダゾール、
2−メチル−1H−イミダゾール、
4,5−ジメチル−1H−イミダゾール、
4,5−ジシアノ−1H−イミダゾール、
2−メチル−4−ニトロ−1H−イミダゾール、
1- (2-ethylhexyl) -1H-imidazole,
1- (3,7-dimethyloctyl) -1H-imidazole,
1- (2,2,2-trifluoromethyl) ethyl-1H-imidazole 1- (3-propylheptyl) -1H-imidazole,
2-methyl-1H-imidazole,
4,5-dimethyl-1H-imidazole,
4,5-dicyano-1H-imidazole,
2-methyl-4-nitro-1H-imidazole,

4−ニトロ−1H−イミダゾール、
1−メチル−2−メルカプトイミダゾール、
2−フェニル−イミダゾール、
4−フェニル−イミダゾール、
1−(トリメチルシリルメチル)−1H−イミダゾール、
1−(2−シアノエチル)−1H−イミダゾール、
1H−イミダゾール−4,5−ジカルボン酸、
1−(n−ブチル)−4,5−ジメチル−1H−イミダゾール、
4-nitro-1H-imidazole,
1-methyl-2-mercaptoimidazole,
2-phenyl-imidazole,
4-phenyl-imidazole,
1- (trimethylsilylmethyl) -1H-imidazole,
1- (2-cyanoethyl) -1H-imidazole,
1H-imidazole-4,5-dicarboxylic acid,
1- (n-butyl) -4,5-dimethyl-1H-imidazole,

トランス−1,2−シクロヘキシル−ビス−1’,1’’−イミダゾール
2−メチル−1H−ベンズイミダゾール、
2−ヒドロキシ−1H−ベンズイミダゾール、
5,6−ジメチル−1H−ベンズイミダゾール、
5−ニトロ−1H−ベンズイミダゾール、
1−(4−メトキシフェニル)−1H−イミダゾール、
1−(4−シアノフェニル)−1H−イミダゾール、
1−(2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル)−1H−イミダゾール、
Trans-1,2-cyclohexyl-bis-1 ′, 1 ″ -imidazole 2-methyl-1H-benzimidazole,
2-hydroxy-1H-benzimidazole,
5,6-dimethyl-1H-benzimidazole,
5-nitro-1H-benzimidazole,
1- (4-methoxyphenyl) -1H-imidazole,
1- (4-cyanophenyl) -1H-imidazole,
1- (2,3,4,5,6-pentafluorophenyl) -1H-imidazole,

1−(2−メトキシエチル)ベンズイミダゾール、
1−(1−メトキシエトキシ)メチルベンズイミダゾール、
1−(2−エトキシエチル)ベンズイミダゾール
1−ブチル−1H−ベンゾトリアゾール、
1−(2−メトキシ−エチル)−1H−ベンゾトリアゾール、
9−ブチル−9H−プリン、
1−n−ブチル−6−アザインドール、
1−(2−メトキシエチル)−6−アザインドール、
1- (2-methoxyethyl) benzimidazole,
1- (1-methoxyethoxy) methylbenzimidazole,
1- (2-ethoxyethyl) benzimidazole 1-butyl-1H-benzotriazole,
1- (2-methoxy-ethyl) -1H-benzotriazole,
9-butyl-9H-purine,
1-n-butyl-6-azaindole,
1- (2-methoxyethyl) -6-azaindole,

9−(2−メトキシエチル)−9H−プリン、
4,5,6,7−テトラヒドロ−1H−ベンズイミダゾール、
1−ブチル−4,5,6,7−テトラヒドロ−1H−ベンズイミダゾール、
4,5,6,7−テトラヒドロ−1H−ベンゾトリアゾール、
1−ブチル−4,5,6,7−テトラヒドロ−1H−ベンゾトリアゾール、
9- (2-methoxyethyl) -9H-purine,
4,5,6,7-tetrahydro-1H-benzimidazole,
1-butyl-4,5,6,7-tetrahydro-1H-benzimidazole,
4,5,6,7-tetrahydro-1H-benzotriazole,
1-butyl-4,5,6,7-tetrahydro-1H-benzotriazole,

1,2−ビス(1−エトキシイミダゾール)エタン
1−(2’,2’,6’,6’−テトラメチルピペリジノ)イミダゾール
1,4−ジ−(1−イミダゾール)ブタン、
ジ−(1−イミダゾール)メタン、
ジ−(1−イミダゾールメチル)スルフィド、
1,2-bis (1-ethoxyimidazole) ethane 1- (2 ′, 2 ′, 6 ′, 6′-tetramethylpiperidino) imidazole 1,4-di- (1-imidazole) butane,
Di- (1-imidazole) methane,
Di- (1-imidazolemethyl) sulfide,

1−メトキシエトキシメチルベンズイミダゾール、
1−メトキシエチルインダゾール、
1−n−ブチルピラゾール、
1−(2−メトキシエチル)ピラゾール。
1−(2−エトキシエチル)ピラゾール
1-methoxyethoxymethylbenzimidazole,
1-methoxyethylindazole,
1-n-butylpyrazole,
1- (2-methoxyethyl) pyrazole.
1- (2-Ethoxyethyl) pyrazole

1−(2−エトキシエチル)−1,2,3−トリアゾール
1−(2−エトキシエチル)−1,2,4−トリアゾール、
1−n−ブチルインダゾール、
2、2’−ビイミダゾール、
4,4’,5,5’−テトラメチル−2,2’−ビイミダゾール。
1- (2-ethoxyethyl) -1,2,3-triazole 1- (2-ethoxyethyl) -1,2,4-triazole,
1-n-butylindazole,
2,2′-biimidazole,
4,4 ′, 5,5′-tetramethyl-2,2′-biimidazole.

以下の例CおよびDにおいて示すことができるように、添加剤1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1H−イミダゾールおよび添加剤1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾールは、NBBと比較して高い効率を与える。   As can be seen in Examples C and D below, additive 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1H-imidazole and additive 1- (3,3,4,4 , 4-pentafluorobutyl) -1,2,3-triazole provides higher efficiency compared to NBB.

したがって、本発明は、本発明の別の観点において、1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1H−イミダゾールまたは1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾールの色素増感太陽電池における添加剤としての使用に関する。   Accordingly, the present invention provides, in another aspect of the invention, 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1H-imidazole or 1- (3,3,4,4,4-penta. It relates to the use of fluorobutyl) -1,2,3-triazole as an additive in dye-sensitized solar cells.

したがって、本発明は、少なくとも1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1H−イミダゾールまたは1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾールをレドックス活性種と一緒に含む電解質配合物に関する。   Accordingly, the present invention provides at least 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1H-imidazole or 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1,2 , 3-triazole with redox active species.

例Bにおいて示すことができるように、添加剤1−(2’−チオエチル)エチルイミダゾールは、予期しない高効率を与える。
したがって、本発明は、本発明の別の観点において、1−(2’−チオエチル)エチルイミダゾールの色素増感太陽電池中の添加剤としての使用に関する。
したがって、本発明は、少なくとも1−(2’−チオエチル)エチルイミダゾールをレドックス活性種と一緒に含む電解質配合物に関する。
As can be shown in Example B, the additive 1- (2′-thioethyl) ethylimidazole provides unexpectedly high efficiency.
Accordingly, the present invention, in another aspect of the present invention, relates to the use of 1- (2′-thioethyl) ethylimidazole as an additive in a dye-sensitized solar cell.
The present invention therefore relates to an electrolyte formulation comprising at least 1- (2′-thioethyl) ethylimidazole together with a redox active species.

7頁15行〜15頁5行における前に記載したかまたは好ましく記載した式Iで表される少なくとも1種の化合物を含む電解質配合物に対する説明はまた、1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)イミダゾール、1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾールまたは1−(2’−チオエチル)エチルイミダゾールを含む電解質配合物について拘束する。   The description for the electrolyte formulation comprising at least one compound of formula I described above or preferably described on page 7 line 15 to page 15 line 5 is also 1- (3,3,4,4 , 4-pentafluorobutyl) imidazole, 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1,2,3-triazole or 1- (2′-thioethyl) ethylimidazole Restrain about.

本発明の電解質配合物は、有機溶媒を含んでもよい。好ましくは、本発明の電解質配合物は、50%未満の有機溶媒を含む。特に好ましくは、電解質配合物は、40%未満の、より好ましくは30%未満の、なおより好ましくは20%未満のおよびなおさらより好ましくは10%未満含む。最も好ましくは、電解質配合物は5%未満の有機溶媒を含む。例えば、有機溶媒を実質的に含まない。百分率は重量%に基づいて示される。   The electrolyte formulation of the present invention may contain an organic solvent. Preferably, the electrolyte formulation of the present invention comprises less than 50% organic solvent. Particularly preferably, the electrolyte formulation comprises less than 40%, more preferably less than 30%, even more preferably less than 20% and even more preferably less than 10%. Most preferably, the electrolyte formulation contains less than 5% organic solvent. For example, it is substantially free of organic solvents. Percentages are given based on weight percent.

有機溶媒は、上に示されるかかる量で存在する場合、文献に開示されるものから選択してもよい。好ましくは、溶媒は、もし存在するならば、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ブチレン、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン、グルタロニトリル、アジポニトリル、N−メチルオキサゾリジノン、N−メチルピロリジノン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N,N−ジメチルアセトアミド、環状尿素、好ましくは1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンまたは1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン、グリム類、好ましくはテトラグリム、スルホラン、例えば2−エタンスルホニル−プロパン、1−エタンスルホニル−2−メチル−プロパンまたは2−(プロパン−2−スルホニル)−ブタンなど好ましくは非対称的に置換されたスルホン類、3−メチルスルホラン、ジメチルスルホキシド、トリメチルリン酸塩およびメトキシ置換ニトリル類など、160℃よりも高い、より好ましくは190℃より高い沸点を有する。他の有用な溶媒は、アセトニトリル、ベンゾニトリルおよびまたはバレロニトリルである。   Organic solvents may be selected from those disclosed in the literature when present in such amounts as indicated above. Preferably, the solvent, if present, is propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyllactone, γ-valerolactone, glutaronitrile, adiponitrile, N-methyloxazolidinone, N-methylpyrrolidinone, N, N '-Dimethylimidazolidinone, N, N-dimethylacetamide, cyclic urea, preferably 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone or 1,3-dimethyl-3,4,5,6-tetrahydro-2 (1H ) -Pyrimidinone, glymes, preferably tetraglyme, sulfolane, such as 2-ethanesulfonyl-propane, 1-ethanesulfonyl-2-methyl-propane or 2- (propane-2-sulfonyl) -butane, preferably asymmetrically Substituted sulfones, 3-methyl sulfolane, dimethyl sulfo Such as xoxides, trimethyl phosphates and methoxy substituted nitriles have boiling points higher than 160 ° C, more preferably higher than 190 ° C. Other useful solvents are acetonitrile, benzonitrile and / or valeronitrile.

溶媒が電解質配合物に存在する場合、ゲル化剤としてポリマーがさらに含まれていてもよく、ここで該ポリマーは、ポリビニリデンフルオリド、ポリビニリデン−ヘキサフルロプロピレン、ポリビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、ナフィオン、ポリエレンオキシド、ポリメチルメタクリラート、ポリアクリロニトリル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンである。これらのポリマーを電解質配合物へと添加する目的は、液体電解質を擬固形または固形電解質とし、このようにして、特に経時の間の、溶媒残留を改善する。   If a solvent is present in the electrolyte formulation, it may further include a polymer as a gelling agent, where the polymer is polyvinylidene fluoride, polyvinylidene-hexafluoropropylene, polyvinylidene-hexafluoropropylene- They are chlorotrifluoroethylene copolymer, Nafion, polyylene oxide, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polypropylene, polystyrene, polybutadiene, polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone, polyaniline, polypyrrole, and polythiophene. The purpose of adding these polymers to the electrolyte formulation is to make the liquid electrolyte a quasi-solid or solid electrolyte, thus improving the solvent residue, especially over time.

本発明の電解質配合物は、例えば、SiO、TiO、Al、MgOまたはZnOなどの金属酸化物をさらに含んでもよく、これらはまた、固形性およびそれゆえ溶媒残留を増加させることができる。 The electrolyte formulation of the present invention may further comprise a metal oxide such as, for example, SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , MgO or ZnO, which also increases solidity and hence solvent residue. Can do.

それゆえ本発明はさらに、上に詳細に記載される電解質配合物の色素増感太陽電池における使用に関する。
それゆえ本発明はさらに、本明細書中に記載されるまたは好ましく記載される式Iで表される少なくとも1種の化合物を含む色素増感太陽電池に関する。
The invention therefore further relates to the use of the electrolyte formulations described in detail above in dye-sensitized solar cells.
The invention therefore further relates to a dye-sensitized solar cell comprising at least one compound of the formula I as described or preferably described herein.

本発明の1つの好ましい態様は、式Iで表される少なくとも1種の化合物が電解質溶液に含有される、または換言すると式Iで表される少なくとも1種の化合物が電解質配合物の一部分である、上に記載した色素増感太陽電池である。   In one preferred embodiment of the invention, at least one compound of formula I is contained in the electrolyte solution, or in other words, at least one compound of formula I is part of the electrolyte formulation. The dye-sensitized solar cell described above.

色素増感太陽電池において、色素は太陽光を電気的エネルギーへと変換するために用いられる。LUMOエネルギー状態が増感される光電極の伝導バンド端よりわずかに上である限りは、色素の選択に関して自体、制限はない。色素の例は、EP 0 986 079 A2、EP 1 180 774 A2またはEP 1 507 307 A1において開示される。   In dye-sensitized solar cells, the dye is used to convert sunlight into electrical energy. As long as the LUMO energy state is slightly above the conduction band edge of the photoelectrode to be sensitized, there is no limit on the choice of dye itself. Examples of dyes are disclosed in EP 0 986 079 A2, EP 1 180 774 A2 or EP 1 507 307 A1.

好ましい色素は、MK−1、MK−2またはMK−3(その構造はN. Koumura et al, J.Am.Chem.Soc. Vol 128, no.44, 2006, 14256-14257の図1に記載される)、
D102(CAS番号 652145−28−3)、D−149(CAS番号 786643−20−7)、D205(CAS番号 936336−21−9)、D358(CAS番号 1207638−53−6) T. Bessho et al, Angew. Chem. Int. Ed. Vol 49, 37, 6646-6649, 2010に記載されるYD−2、Y123(CAS番号 1312465−92−1)、ビピリジン−ルテニウム色素、例えばN3(CAS番号 141460−19−7)、N719(CAS番号 207347−46−4)、Z907(CAS番号 502693−09−6)、C101(CAS番号 1048964−93−7)、C106(CAS番号 1152310−69−4)、K19(CAS番号 847665−45−6)、SK−1 (CAS番号906061−30−1)またはターピリジン−ルテニウム色素、例えばN749(CAS番号 359415−47−7)などの有機色素である。
Preferred dyes are MK-1, MK-2 or MK-3 (its structure is described in FIG. 1 of N. Koumura et al, J. Am. Chem. Soc. Vol 128, no. 44, 2006, 14256-14257. )
D102 (CAS number 652145-28-3), D-149 (CAS number 786643-20-7), D205 (CAS number 936336-21-9), D358 (CAS number 1207638-53-6) T. Bessho et al , Angew. Chem. Int. Ed. Vol 49, 37, 6646-6649, 2010, YD-2, Y123 (CAS No. 1314659-12-1), bipyridine-ruthenium dyes such as N3 (CAS No. 141460-). 19-7), N719 (CAS number 207347-46-4), Z907 (CAS number 502693-09-6), C101 (CAS number 1048964-93-7), C106 (CAS number 11523310-69-4), K19 (CAS number 847665-45-6), SK-1 (CAS number 906061-30-1) or Terpyridine-ruthenium dyes, such as organic dyes such as N749 (CAS number 359415-47-7).

特に好ましい色素は、ともに両親媒性のルテニウム増感剤であるZ907またはZ907Na、あるいはD205である。色素Z907は、NaRu(2,2’−ビピリジン−4−カルボン酸4’−カルボキシラート)(4,4’−ジノニル−2,2’−ビピリジン)(NCS)を意味する。 Particularly preferred dyes are Z907 or Z907Na or D205, both of which are amphiphilic ruthenium sensitizers. The dye Z907 means NaRu (2,2′-bipyridine-4-carboxylic acid 4′-carboxylate) (4,4′-dinonyl-2,2′-bipyridine) (NCS) 2 .

D205の構造は、
である。
非常に特に好ましい色素は、Z907またはZ907Naである。
The structure of D205 is
It is.
A very particularly preferred dye is Z907 or Z907Na.

好ましい態様において、色素はホスフィン酸とともに共吸着される。ホスフィン酸の好ましい例は、M. Wang et al, Dalton Trans., 2009, 10015-10020に記載されるビス(3,3−ジメチル−ブチル)−ホスホン酸(DINHOP)である。   In a preferred embodiment, the dye is co-adsorbed with phosphinic acid. A preferred example of phosphinic acid is bis (3,3-dimethyl-butyl) -phosphonic acid (DINHOP) described in M. Wang et al, Dalton Trans., 2009, 10015-10020.

例えば、色素増感太陽電池は、光電極、対電極および、該光電極および該対電極の間に電解質配合物または電荷搬送金属を含有し、およびここで増感色素は、対電極に対面する側の、光電極の表面上に吸収される。   For example, a dye-sensitized solar cell contains a photoelectrode, a counter electrode, and an electrolyte formulation or charge transport metal between the photoelectrode and the counter electrode, where the sensitizing dye faces the counter electrode. Absorbed on the surface of the photoelectrode on the side.

好ましい態様の本発明によるデバイスによると、それは半導体、上に記載した電解質配合物および対電極を含む。
本発明の好ましい態様によると、半導体は、Si、TiO、SnO、Fe、WO、ZnO、Nb、CdS、ZnS、PbS、Bi、CdSe、GaP、InP、GaAs、CdTe、CuInS、および/またはCuInSeの群から選択される金属に基づく。好ましくは、半導体は、メソ多孔性の表面を有し、それゆえ色素により任意に被覆されおよび電解質に接触する表面を増加させる。好ましくは、半導体はガラス支持体またはプラスチックまたは金属ホイル上に存在する。好ましくは、支持体は伝導性である。
According to a preferred embodiment of the device according to the invention, it comprises a semiconductor, the electrolyte formulation described above and a counter electrode.
According to a preferred embodiment of the present invention, the semiconductor comprises Si, TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , CdS, ZnS, PbS, Bi 2 S 3 , CdSe, GaP, InP. , GaAs, CdTe, CuInS 2 and / or based on a metal selected from the group of CuInSe 2 . Preferably, the semiconductor has a mesoporous surface, thus increasing the surface optionally coated with the dye and in contact with the electrolyte. Preferably, the semiconductor is present on a glass support or plastic or metal foil. Preferably the support is conductive.

本発明のデバイスは、好ましくは対電極を含む。例えば、Ptで被覆されたガラス状のフッ素ドープ化スズオキシドまたはスズドープ化インジウムオキシド(それぞれFTOガラスまたはITOガラス)、好ましくは導電性同素体である炭素、ポリアニリンまたはポリ(3,4−エチレンヂオキシチオフェン)(PEDOT)。ガラスに加えて、金属基板、例えばステンレス鋼またはチタンシートなどが可能な基盤となり得る。   The device of the present invention preferably includes a counter electrode. For example, glassy fluorine-doped tin oxide or tin-doped indium oxide (FTO glass or ITO glass, respectively) coated with Pt, preferably carbon, polyaniline or poly (3,4-ethylenedioxythiophene), which is a conductive allotrope (PEDOT). In addition to glass, metal substrates such as stainless steel or titanium sheets can be possible substrates.

本発明のデバイスは、先行技術の対応するデバイスとして、本願発明の電解質配合物により電解質を単に交換することにより製造することができる。例えば、色素増感太陽電池の場合、デバイスアセンブリは数々の特許文献、例えば、WO 91/16719(例えば、34および35)、のみならず科学的文献、例えばBarbe, C.J., Arendse, F., Comte, P., Jirousek, M., Lenzmann, F., Shklover, V., Graetzel, M. J. Am. Ceram. Soc. 1997, 80, 3157; and Wang, P., Zakeeruddin, S. M., Comte, P., Charvet, R., Humphry-Baker, R., Graetzel, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 14336において開示されている。   The device of the present invention can be produced as a corresponding device of the prior art by simply replacing the electrolyte with the electrolyte formulation of the present invention. For example, in the case of dye-sensitized solar cells, device assemblies are described in numerous patent literatures such as WO 91/16719 (eg 34 and 35) as well as scientific literature such as Barbe, CJ, Arendse, F., Comte. , P., Jirousek, M., Lenzmann, F., Shklover, V., Graetzel, MJ Am. Ceram. Soc. 1997, 80, 3157; and Wang, P., Zakeeruddin, SM, Comte, P., Charvet , R., Humphry-Baker, R., Graetzel, MJ Phys. Chem. B 2003, 107, 14336.

好ましくは、増感型半導体材料は光アノードとしての役割を果たす。好ましくは、対電極はカソードである。   Preferably, the sensitized semiconductor material serves as a photoanode. Preferably, the counter electrode is a cathode.

本発明は、本発明の電解質配合物を半導体の表面と接触させ、該表面を任意に増感剤と接触させるステップを含む、光電気セルの製造方法を提供する。好ましくは、半導体は上で与えられる材料から選択され、そして増感剤は好ましくは上に開示される量子ドットおよび/または色素から、特に好ましくは色素から選択される。   The present invention provides a method of manufacturing a photovoltaic cell comprising the steps of contacting the electrolyte formulation of the present invention with a surface of a semiconductor and optionally contacting the surface with a sensitizer. Preferably, the semiconductor is selected from the materials provided above, and the sensitizer is preferably selected from the quantum dots and / or dyes disclosed above, particularly preferably from the dyes.

好ましくは、電解質配合物は半導体上で単に半導体上で純粋化される、または既に対電極を含むそれ以外は完成されたデバイスへと、対電極における孔を介してセルの内部ルーメンに真空を作り出しそしてWang et al., J. Phys. Chem. B 2003, 107, 14336の参考文献に開示される電解質配合物を添加することにより適用してもよい。   Preferably, the electrolyte formulation creates a vacuum in the internal lumen of the cell through the holes in the counter electrode, into a device that is purely purified on the semiconductor, or otherwise already includes a counter electrode. And may be applied by adding electrolyte formulations disclosed in the references of Wang et al., J. Phys. Chem. B 2003, 107, 14336.

上に記載した式Iで表される化合物は、商業的に入手できるか、または既に知られている方法によって合成してもよい。   The compounds of formula I described above are commercially available or may be synthesized by methods already known.

様々な用途のために多くの群の機能性材料を得るために、ヘテロ芳香族化合物のN原子をハロゲン化された物質で置換して炭素−窒素結合を形成することが、広く開発されている。これらのヘテロ芳香族化合物は、最も重要な主要な材料の1種として創薬、有機エレクトロニクス(organoelectronics)分野の開発(例えば有機光起電、有機発光ダイオード、有機半導体デバイス)のために使用される。   In order to obtain a large group of functional materials for various applications, it has been widely developed to replace the N atom of a heteroaromatic compound with a halogenated material to form a carbon-nitrogen bond. . These heteroaromatic compounds are used as one of the most important primary materials for drug discovery and organic electronics development (eg organic photovoltaics, organic light emitting diodes, organic semiconductor devices) .

一般的に、置換は、強塩基(例えばKH、NaH、LiOH、KOH、NaOH)の、時々相間移動触媒(例えばテトラアルキルアンモニウム塩、クラウンエーテル)、有機−水性二相反応、求電子剤の反応性の脱離基(例えばヨウ素または臭素)、高い反応温度および長い反応時間の過剰量の基質との組み合わせを必要とする(J. Org. Chem., 1954, 19, 1428;J. Am. Chem. Soc., 1984, 106, 6379;Tetrahedron Lett., 1979, 20, 4709-4712;Heterocycles, 1984, 38, 4, 793-802;Tetrahedron, 2004, 60, 5807-5825;Tetrahedron Lett., 2006, 47, 1575-1579;Adv. Mater., 2007, 19, 1133-1137;Polyhedron, 2008, 27, 87-94;J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 12590-12591)。   In general, the substitution is for strong bases (eg KH, NaH, LiOH, KOH, NaOH), sometimes phase transfer catalysts (eg tetraalkylammonium salts, crown ethers), organic-aqueous two-phase reactions, electrophile reactions. Requires a combination of an excess of substrate (J. Org. Chem., 1954, 19, 1428; J. Am. Chem), a reactive leaving group (eg iodine or bromine), high reaction temperature and long reaction time Soc., 1984, 106, 6379; Tetrahedron Lett., 1979, 20, 4709-4712; Heterocycles, 1984, 38, 4, 793-802; Tetrahedron, 2004, 60, 5807-5825; Tetrahedron Lett., 2006, 47, 1575-1579; Adv. Mater., 2007, 19, 1133-1137; Polyhedron, 2008, 27, 87-94; J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 12590-12591).

しかしながら、高温でのかかる強度の塩基性条件下で、所望されない反応経過(単数または複数)、例えば窒素の第四級化(quarternalization))、求核性炭素−炭素結合形成はまた、例えばEq.2:
において図で表されるとおりのベンズイミダゾールのアルキル化の場合においては同時に進行する:
However, under such strong basic conditions at elevated temperatures, undesired reaction course (s), such as nitrogen quaternization, nucleophilic carbon-carbon bond formation can also be observed, for example, in Eq. 2:
In the case of alkylation of benzimidazole as represented in the diagram proceeds simultaneously:

さらに、精製操作手順において、困難に除去可能な(粘着性またはかさばっている)塩または重合した副産物によって、円滑な抽出、分離または濾過プロセスが阻まれる。   In addition, in a purification procedure, a difficult extraction (sticky or bulky) salt or polymerized by-product prevents a smooth extraction, separation or filtration process.

色素増感太陽電池において使用するための、上に記載した式Iで表される化合物の合成についての上記で述べた問題を解決するために、マイクロ波を反応混合物に照射して、短時間(20分以内)において均一な熱を付与する。反応混合物は、出発物質、溶媒および塩基中、置換された窒素の数に対するハロゲン化アルキルの等しい当量からなる。塩基、例えばKCO粒子は、アルカリ金属水素化物およびアルカリ金属水酸化物を、容易な操作および安全性を伴って置き換える。 In order to solve the problems mentioned above for the synthesis of the compounds of formula I described above for use in dye-sensitized solar cells, the reaction mixture is irradiated with microwaves for a short time ( Apply uniform heat within 20 minutes). The reaction mixture consists of equal equivalents of alkyl halide to the number of substituted nitrogens in the starting material, solvent and base. Bases such as K 2 CO 3 particles replace alkali metal hydrides and alkali metal hydroxides with easy handling and safety.

マイクロ波放射での短時間の反応の後に、3つ(3)のみのステップの精製操作を行って、所望の生成物を容易に得る:
ステップ1)反応混合物中の沈降した塩基および塩を濾別する、
ステップ2)溶媒を濾過した溶液から減圧下で蒸発させる、
ステップ3)置換された生成物をカラムクロマトグラフィー、蒸留または再結晶によって精製する。
After a short reaction with microwave radiation, only three (3) steps of the purification operation are performed to easily obtain the desired product:
Step 1) The precipitated base and salt in the reaction mixture are filtered off.
Step 2) Evaporate the solvent from the filtered solution under reduced pressure.
Step 3) The substituted product is purified by column chromatography, distillation or recrystallization.

N−アルキル化およびN−アルコキシアルキル化のこの改善された方法に従って、式Iで表されるN置換ヘテロ芳香族化合物を、高い収率において調製する。   According to this improved method of N-alkylation and N-alkoxyalkylation, N-substituted heteroaromatic compounds of formula I are prepared in high yield.

ハロゲン化化合物を、アルキル化試薬、例えばヨウ化物、臭化物または塩化物として使用するものとする。
溶媒、例えば非プロトン性、高極性、中間高沸点有機媒体、例えばDMF(N,N−ジメチルホルムアミド)、DMSO(ジメチルスルホキシド)、DMI(1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン)、DBU(ジアザビシクロウンデセン)、好ましくはDMFを、使用するものとする。
Halogenated compounds shall be used as alkylating reagents such as iodide, bromide or chloride.
Solvents such as aprotic, highly polar, medium high boiling organic media such as DMF (N, N-dimethylformamide), DMSO (dimethyl sulfoxide), DMI (1,3-dimethyl-2-imidazolidinone), DBU ( Diazabicycloundecene), preferably DMF, shall be used.

マイクロ波反応の典型的なモル濃度は、溶媒中で0.01〜1モル(mol/L)、好ましくは0.05〜1モル、より好ましくは0.1〜0.5モルの範囲内にある。   The typical molar concentration of the microwave reaction is in the range of 0.01-1 mol (mol / L), preferably 0.05-1 mol, more preferably 0.1-0.5 mol in the solvent. is there.

無機または有機塩基、例えば無機炭酸塩、例えば炭酸アンモニウム、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸セシウム、炭酸銀または炭酸銅を、記載したマイクロ波で補助した反応内で使用するものとする。   Inorganic or organic bases, such as inorganic carbonates such as ammonium carbonate, lithium carbonate, potassium carbonate, sodium carbonate, calcium carbonate, barium carbonate, magnesium carbonate, cesium carbonate, silver carbonate or copper carbonate, assisted by the microwave described It shall be used within.

塩基の典型的な量は、求電子剤の脱離基の1当量あたり1.1〜3当量、好ましくは1.5〜3モル、より好ましくは2〜2.5当量の範囲内にある。   Typical amounts of base are in the range of 1.1 to 3 equivalents, preferably 1.5 to 3 moles, more preferably 2 to 2.5 equivalents per equivalent of leaving group of the electrophile.

マイクロ波の電力は、200〜400W、好ましくは250〜300Wの範囲内にある。
反応温度は、100〜180℃、好ましくは120〜140℃の範囲内にある。
反応時間は、したがって1〜30分、好ましくは3〜20分の範囲内にある。
The microwave power is in the range of 200-400 W, preferably 250-300 W.
The reaction temperature is in the range of 100 to 180 ° C, preferably 120 to 140 ° C.
The reaction time is thus in the range from 1 to 30 minutes, preferably from 3 to 20 minutes.

さらなる言及がなくても、当業者は上の記載を最も広汎な範囲で利用できると想定される。それゆえ好ましい態様および実施例は、いかなる様式においても全面的に限定しない記述的開示として、単に考えられるべきである。   Without further reference, it is assumed that one skilled in the art can utilize the above description in the broadest scope. The preferred embodiments and examples should therefore merely be considered as descriptive disclosure which is not fully limited in any way.

合成される化合物は、NMR分光法または元素分析により特徴付けされる。NMRスペクトルは、CDCl中で測定される。使用される周波数:H:399.78MHzおよび13C:100.52MHz、外部標準:Hおよび13C対してTMS。Hおよび13C NMRスペクトルはJEOL JNM-LA3000分光計上で記録された。全てのスペクトルは周囲温度において記録された。
融点の実験は、METTLER TOLEDO FP90 Central ProcessorおよびFP81HT MBC Cell上で実行された。
The synthesized compounds are characterized by NMR spectroscopy or elemental analysis. The NMR spectrum is measured in CDCl 3 . Frequency used: 1 H: 399.78 MHz and 13 C: 100.52 MHz, external standard: TMS for 1 H and 13 C. 1 H and 13 C NMR spectra were recorded on a JEOL JNM-LA3000 spectrometer. All spectra were recorded at ambient temperature.
Melting point experiments were performed on a METTLER TOLEDO FP90 Central Processor and FP81HT MBC Cell.

例1:
N−アルコキシアルキルイミダゾールの合成:
イミダゾールの溶液に、2.0〜3.0当量の塩基を加え、激しく撹拌しながらそれらと混合する。次に、溶媒に溶解した1当量のアルコキシアルキルハロゲン化物の溶液を滴加し、混合物を、200〜400Wの電力で作動するフードの下に配置した電子レンジ中で3〜20分間照射する。反応混合物中の塩基の固体を、室温に冷却した後に濾別し、次に溶媒を減圧下で蒸発させる。濃縮された残留物を、シリカゲル短カラムクロマトグラフィーの後に蒸留または再結晶によって精製する。
Example 1:
Synthesis of N-alkoxyalkylimidazoles:
Add 2.0-3.0 equivalents of base to the imidazole solution and mix with them with vigorous stirring. Next, a solution of 1 equivalent of alkoxyalkyl halide dissolved in solvent is added dropwise and the mixture is irradiated for 3-20 minutes in a microwave oven placed under a hood operating at 200-400 W power. The base solid in the reaction mixture is filtered off after cooling to room temperature and then the solvent is evaporated under reduced pressure. The concentrated residue is purified by distillation or recrystallization after silica gel short column chromatography.

この一般的手順は、さらに他のアゾール、例えばイミダゾールまたはベンズイミダゾールのN−アルキル化に該当する。
以下の化合物を、上に述べたプロセスに従って合成する。
92%の収率における1−(2−メトキシエチル)−1H−イミダゾール。
This general procedure applies to N-alkylation of other azoles such as imidazole or benzimidazole.
The following compounds are synthesized according to the process described above.
1- (2-methoxyethyl) -1H-imidazole in 92% yield.

76%の収率における1−(2−エトキシエチル)−1H−イミダゾール。
1- (2-Ethoxyethyl) -1H-imidazole in 76% yield.

例A:
以下の電解質配合物を合成して、emim TCBを含む本発明の電解質配合物の色素増感太陽電池における適用を例証する。
以下の電解質配合物を使用する:
2.5%、mmimI 43.4%、guaSCN 0.7%、emimTCB 50.4%、以下に詳細に記載する添加剤 w/wにおいて3%。
Example A:
The following electrolyte formulations are synthesized to illustrate the application in dye-sensitized solar cells of the electrolyte formulation of the present invention comprising emim TCB.
Use the following electrolyte formulation:
I 2 2.5%, mmimI 43.4%, guaSCN 0.7%, emimTCB 50.4%, 3% in additive w / w described in detail below.

電解質配合物を、1,3−ジメチルイミダゾリウムヨージド(mmimI)、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムテトラシアノボレート(emimTCB)、ヨウ素およびグアニジニウムチオシアネートの混合によって調製する。熱を60℃まで適用して電解質配合物を均質にすることが必要であり得る。   The electrolyte formulation is prepared by mixing 1,3-dimethylimidazolium iodide (mmimI), 1-methyl-3-ethylimidazolium tetracyanoborate (emimTCB), iodine and guanidinium thiocyanate. It may be necessary to apply heat up to 60 ° C. to make the electrolyte formulation homogeneous.

化合物mmimI、emimI、IおよびemimTCBは、商業的に入手できるか、または既知の文献、例えばBonhote, P et al. Inorg. Chem. 1996, 35, 1168-1178もしくはテトラシアノボレートアニオンとの有機塩の合成については例えばWO 2004/072089に基づいて合成してもよい。 Compound mmimI, emimI, I 2 and emimTCB are either commercially available or known in the literature, for example Bonhote, P et al. Inorg. Chem. 1996, 35, organic salts and 1168-1178 or tetracyanoborate anion For example, the synthesis may be based on WO 2004/072089.

以下の添加剤を、上に記載した電解質配合物において使用する:
電解質1 1−(2−エトキシエチル)−1H−イミダゾール
電解質2 1−(2−メトキシエチル)−1H−イミダゾール
電解質3 1−(メトキシメチル)−1H−イミダゾール
電解質4 1−(エトキシメチル)−1H−イミダゾール
The following additives are used in the electrolyte formulations described above:
Electrolyte 1 1- (2-Ethoxyethyl) -1H-imidazole electrolyte 2 1- (2-methoxyethyl) -1H-imidazole electrolyte 3 1- (methoxymethyl) -1H-imidazole electrolyte 4 1- (ethoxymethyl) -1H -Imidazole

以下のものに対する比較において
電解質5 イミダゾール
電解質6 1−メチル−1H−イミダゾール
電解質7 1−(n−ブチル)−1H−イミダゾール。
In comparison to the following: electrolyte 5 imidazole electrolyte 6 1-methyl-1H-imidazole electrolyte 7 1- (n-butyl) -1H-imidazole.

色素増感太陽電池は、US 5,728,487またはWO 2007/093961に開示されるように製造される:   Dye-sensitized solar cells are manufactured as disclosed in US 5,728,487 or WO 2007/093961:

二重層、メソ多孔性TiO電極は、二重層構造からなる光アノードを獲得するために、Wang P. et al., J. Phys. Chem. B 2003, 107, 14336、特に14337頁に開示されるように製造される。透明ナノ多孔性TiO電極を製造するために、テルピネオール溶媒および20〜30nmの径を有するアナターゼ相のナノ粒子TiOを含有するスクリーンプリンティングペーストを、ハンドプリンターを用いることにより、5mm×5mm正方形の形状に、導電性基板上に堆積させた。ペーストを120セルシウス度で10分間乾燥させた。それから、400nmの径を有するTiOを含有するもう1つのスクリーンプリンティングペーストをナノ硬質層の最上へと堆積させ、不透明相を製造した。 A double layer, mesoporous TiO 2 electrode is disclosed in Wang P. et al., J. Phys. Chem. B 2003, 107, 14336, in particular page 14337, in order to obtain a photoanode consisting of a double layer structure. Manufactured as follows. To produce the transparent nanoporous TiO 2 electrodes, a screen printing paste containing nanoparticles of TiO 2 anatase phase having a diameter of terpineol solvent and 20 to 30 nm, by using a hand printer in 5mm × 5mm square The shape was deposited on a conductive substrate. The paste was dried at 120 celsius for 10 minutes. Then another screen printing paste containing TiO 2 with a diameter of 400 nm was deposited on top of the nanohard layer to produce an opaque phase.

それから二重層膜をを500セルシウス度で1時間焼結し、その結果下層の透明層(7ミクロン厚)および最上不透明相(4ミクロン厚)が生じた。焼結後、電極をTiCl(Merck)の40mM水溶液中に30分間70セルシウス度で浸漬し、それから純水で十分に素早くすすいだ。そのようにTiCl処理した電極を、色素増感の直前に500セルシウス度で30分間乾燥させた。電極を、アセトニトリル(Merck HPLCグレード)およびtert−ブチルアルコール(Merck)、v:v=1:1の0.3mM Z907色素溶液へと、60時間、19セルシウス度で浸した。対電極を、上の引例に開示されるように熱分解法で製造した。白金酸(Merck)の5mM溶液の小滴を8μl/cm2で落とし、そして導電性基板上で乾燥させた。色素増感太陽電池を30ミクロン厚のBynel(DuPont、USA)熱溶解膜を用いて組み立て、熱により封入した。内部空間を、本明細書中に記載されるそれぞれの電解質配合物で充填し、対応するデバイスを製造した。 The bilayer membrane was then sintered at 500 Celsius for 1 hour, resulting in a lower transparent layer (7 microns thick) and a top opaque phase (4 microns thick). After sintering, the electrode was immersed in a 40 mM aqueous solution of TiCl 4 (Merck) for 30 minutes at 70 Celsius and then rinsed sufficiently quickly with pure water. The electrode thus treated with TiCl 4 was dried for 30 minutes at 500 Celsius just prior to dye sensitization. The electrodes were soaked in acetonitrile (Merck HPLC grade) and tert-butyl alcohol (Merck), v: v = 1: 1 0.3 mM Z907 dye solution for 60 hours at 19 degrees Celsius. The counter electrode was made by pyrolysis as disclosed in the above reference. A drop of 5 mM solution of platinic acid (Merck) was dropped at 8 μl / cm 2 and dried on a conductive substrate. A dye-sensitized solar cell was assembled using a 30 micron thick Bynel (DuPont, USA) hot melt film and encapsulated by heat. The interior space was filled with the respective electrolyte formulation described herein to produce the corresponding device.

色素Z907は、両親媒性のルテニウム増感剤Ru(2,2’−ビピリジン 4,4’−ジカルボン酸)(4,4’−ジノニル−2,2’−ビピリジン)(NCS)または[Ru(H2dcbpy)(dnbpy)(NCS)]である。 The dye Z907 is an amphiphilic ruthenium sensitizer Ru (2,2′-bipyridine 4,4′-dicarboxylic acid) (4,4′-dinonyl-2,2′-bipyridine) (NCS) 2 or [Ru (H2dcbpy) (dnbpy) (NCS) 2 ].

正確な光強度を得るために、Air Mass 1.5 Global(AM1.5G)擬似太陽光を、Seigo Ito et al. “Calibration of solar simulator for evaluation of dye-sensitized solar cells” Solar Energy Materials & Solar Cells 82 (2004) 421によりスペクトル的に較正した。
光電流−電圧曲線の測定を、1Sun照明下で25℃へと冷却された黒色平板上に配置されたデバイスに対して実行する。4mm×4mmの光マスクを製造されたデバイスの最上部に配置し、光投射領域を定義する。
In order to obtain accurate light intensity, Air Mass 1.5 Global (AM1.5G) simulated sunlight is converted into Seigo Ito et al. “Calibration of solar simulator for evaluation of dye-sensitized solar cells” Solar Energy Materials & Solar Cells 82 ( 2004) 421 spectrally calibrated.
Measurement of the photocurrent-voltage curve is performed on a device placed on a black plate cooled to 25 ° C. under 1 Sun illumination. A 4 mm × 4 mm optical mask is placed on top of the manufactured device to define the light projection area.

エネルギー変換効率は一般的に、エネルギー変換機器の有効出力および光照射の入力の間の比率であり、エネルギー項において、電力出力を最適化する調節可能な抵抗負荷を用いることにより決定される。   The energy conversion efficiency is generally the ratio between the effective output of the energy conversion device and the input of light illumination, and is determined by using an adjustable resistive load that optimizes the power output in the energy term.

このようにして得られた光起電パラメーターを、表1に要約する:
The photovoltaic parameters thus obtained are summarized in Table 1:

SC=短絡回路電流
OC=開回路電圧
FF=曲線因子
η=電力変換効率
J SC = short circuit current V OC = open circuit voltage FF = fill factor η = power conversion efficiency

これらの測定内で、アルコキシアルキルイミダゾールは、添加剤N−ブチルイミダゾール、N−メチルイミダゾールまたはイミダゾールより高い効率を与える。   Within these measurements, alkoxyalkylimidazoles give higher efficiency than the additives N-butylimidazole, N-methylimidazole or imidazole.

例B:
以下の電解質配合物を合成して、1−ブチル−1−メチルイミダゾリウムモノメチルシアノボレートを含む本発明の電解質配合物の色素増感太陽電池における適用を例証する。
色素増感太陽電池を例Aに従って製作し、測定を例Aに従って行った。
Example B:
The following electrolyte formulation is synthesized to illustrate the application in a dye-sensitized solar cell of the electrolyte formulation of the present invention comprising 1-butyl-1-methylimidazolium monomethylcyanoborate.
A dye-sensitized solar cell was fabricated according to Example A and measurements were made according to Example A.

電解質配合物を、1,3−ジメチルイミダゾリウムヨージド(mmimI)、ヨウ素、以下に列挙した添加剤、1−ブチル−1−メチルイミダゾリウムモノメチルシアノボレートおよびグアニジニウムチオシアネート(guaSCN)の1種または2種以上の以下に列挙した重量%における混合によって調製する。   The electrolyte formulation is 1,3-dimethylimidazolium iodide (mmimI), iodine, the additives listed below, 1-butyl-1-methylimidazolium monomethylcyanoborate and one of guanidinium thiocyanate (guaSCN) Alternatively, it is prepared by mixing in two or more of the weight percentages listed below.

電解質8 重量%
1.3
mmim I 35
guaSCN 0.7
1−(2−エトキシエチル)−1H−イミダゾール 3.0
bmimモノメチルシアノボレート 60
合計 100
8% by weight of electrolyte
I 2 1.3
mmim I 35
guaSCN 0.7
1- (2-Ethoxyethyl) -1H-imidazole 3.0
bmim monomethylcyanoborate 60
Total 100

電解質9
1.3
mmim I 35
guaSCN 0.7
1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1H−イミダゾール
3.0
bmimモノメチルシアノボレート 60
合計 100
Electrolyte 9
I 2 1.3
mmim I 35
guaSCN 0.7
1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1H-imidazole
3.0
bmim monomethylcyanoborate 60
Total 100

電解質10
1.3
mmim I 35
guaSCN 0.7
1−(2’−チオエチル)エチル−イミダゾール 3.0
bmimモノメチルシアノボレート 60
合計 100
Electrolyte 10
I 2 1.3
mmim I 35
guaSCN 0.7
1- (2′-thioethyl) ethyl-imidazole 3.0
bmim monomethylcyanoborate 60
Total 100

このようにして得られた光起電パラメーターを、表2に要約する:
The photovoltaic parameters thus obtained are summarized in Table 2:

SC=短絡回路電流
OC=開回路電圧
FF=曲線因子
η=電力変換効率
J SC = short circuit current V OC = open circuit voltage FF = fill factor η = power conversion efficiency

例C:
以下の電解質配合物を合成して、本発明の電解質配合物の、1−エチル−1−メチルイミダゾリウムモノヒドリドトリシアノボレートを含むN−ブチルベンズイミダゾールを有する電解質配合物に対する、色素増感太陽電池における適用を例証する。
Example C:
The following electrolyte formulation was synthesized to produce a dye-sensitized solar for the electrolyte formulation of the present invention having an N-butylbenzimidazole containing 1-ethyl-1-methylimidazolium monohydridotricyanoborate. Illustrates application in batteries.

色素増感太陽電池を例Aに従って製作し、測定を例Aに従って行った。
色素増感太陽電池を、例Aにおいて開示したようにZ907を使用して、および同様に色素C106/DINHOPを使用して、および色素SK−1を使用して製作し、測定する。
A dye-sensitized solar cell was fabricated according to Example A and measurements were made according to Example A.
Dye-sensitized solar cells are fabricated and measured using Z907 as disclosed in Example A, and similarly using dye C106 / DINHOP, and using dye SK-1.

色素C106については、電極を、色素C106については0.3mMであり、DINHOPについては0.075mMである色素溶液(溶媒混合物アセトニトリル(MerckHPLC等級)およびtert−ブチルアルコール(Merck)、v:v=1:1)中に、摂氏6度で64時間浸漬した。   For dye C106, the electrode, 0.3 mM for dye C106 and 0.075 mM for DINHOP dye solution (solvent mixture acetonitrile (Merck HPLC grade) and tert-butyl alcohol (Merck), v: v = 1 : 1) was immersed at 6 degrees Celsius for 64 hours.

色素SK−1については、電極を例Aに従って調製した。
電解質配合物を、重量%において以下に列挙したコンポーネントを混合することによって調製する。
For dye SK-1, an electrode was prepared according to Example A.
The electrolyte formulation is prepared by mixing the components listed below in weight percent.

電解質11* 重量%
1.45
mmim I 35.54
guaSCN 0.68
emim モノヒドリドトリシアノボレート 59.22
NBB 3.11
合計 100
Electrolyte 11 * wt%
I 2 1.45
mmim I 35.54
guaSCN 0.68
emim monohydridotricyanoborate 59.22
NBB 3.11
Total 100

電解質12 重量%
1.47
mmim I 35.85
guaSCN 0.68
1−(2−メトキシエチル)−1H−イミダゾール 2.25
emim モノヒドリドトリシアノボレート 59.75
合計 100
12% by weight of electrolyte
I 2 1.47
mmim I 35.85
guaSCN 0.68
1- (2-Methoxyethyl) -1H-imidazole 2.25
emim monohydridotricyanoborate 59.75
Total 100

電解質13
1.47
mmim I 35.94
guaSCN 0.69
1−メトキシメチル−1H−イミダゾール 2.0
emim モノヒドリドトリシアノボレート 59.9
合計 100
Electrolyte 13
I 2 1.47
mmim I 35.94
guaSCN 0.69
1-methoxymethyl-1H-imidazole 2.0
emim monohydridotricyanoborate 59.9
Total 100

電解質14
1.44
mmim I 35.27
guaSCN 0.67
1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1H−イミダゾール
3.82
emim モノヒドリドトリシアノボレート 58.79
合計 100
Electrolyte 14
I 2 1.44
mmim I 35.27
guaSCN 0.67
1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1H-imidazole
3.82
emim monohydridotricyanoborate 58.79
Total 100

表3は、上記で引用した電解質配合物11〜14の測定の結果を要約する:
Table 3 summarizes the results of the measurements of the electrolyte formulations 11-14 cited above:

これらの測定内では、アルコキシアルキルイミダゾールは、Z907を含む色素増感太陽電池のための添加剤N−ブチルベンズイミダゾールより等しい効率を有する。
示すことができるように、添加剤1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1H−イミダゾールは、NBBと比較して等しいかまたは高い効率を与える。
Within these measurements, alkoxyalkylimidazole has an equal efficiency than the additive N-butylbenzimidazole for dye-sensitized solar cells containing Z907.
As can be shown, the additive 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1H-imidazole gives equal or higher efficiency compared to NBB.

例D:
以下の電解質配合物を合成して、emim TCBを含む本発明の電解質配合物の色素増感太陽電池における適用を例証する。
添加濃度を、組成物の基本混合物に加えて各電解質15〜20について0.25Mに固定する:
2.5%、mmimI 51.5%、guaSCN 1.0%、emimTCB 45%。
Example D:
The following electrolyte formulations are synthesized to illustrate the application in dye-sensitized solar cells of the electrolyte formulation of the present invention comprising emim TCB.
The addition concentration is fixed at 0.25 M for each electrolyte 15-20 in addition to the base mixture of the composition:
I 2 2.5%, mmimI 51.5%, guaSCN 1.0%, emimTCB 45%.

電解質配合物を、1,3−ジメチルイミダゾリウムヨージド(mmimI)、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムテトラシアノボレート(emimTCB)、ヨウ素およびグアニジニウムチオシアネートの混合によって調製する。熱を60℃まで適用して電解質配合物を均質にすることが必要であり得る。   The electrolyte formulation is prepared by mixing 1,3-dimethylimidazolium iodide (mmimI), 1-methyl-3-ethylimidazolium tetracyanoborate (emimTCB), iodine and guanidinium thiocyanate. It may be necessary to apply heat up to 60 ° C. to make the electrolyte formulation homogeneous.

化合物mmimI、emimI、IおよびemimTCBは、商業的に入手できるか、または既知の文献、例えばBonhote, P et al. Inorg. Chem. 1996, 35, 1168-1178もしくはテトラシアノボレートアニオンとの有機塩の合成については例えばWO 2004/072089に基づいて合成してもよい。 Compound mmimI, emimI, I 2 and emimTCB are either commercially available or known in the literature, for example Bonhote, P et al. Inorg. Chem. 1996, 35, organic salts and 1168-1178 or tetracyanoborate anion For example, the synthesis may be based on WO 2004/072089.

以下の添加剤を、上に記載した電解質配合物において使用する:
電解質15 添加剤なし−基本混合物
電解質16 NBB
電解質17 1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1H−イミダゾール
電解質18 1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,4−トリアゾール
電解質19 1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾール
電解質20 N−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−ベンズイミダゾール。
The following additives are used in the electrolyte formulations described above:
Electrolyte 15 No Additive-Basic Mixture Electrolyte 16 NBB
Electrolyte 17 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1H-imidazole electrolyte 18 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1,2,4-triazole Electrolyte 19 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1,2,3-triazole electrolyte 20 N- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -benzimidazole.

色素増感太陽電池を例Aに従って製作し、測定を例Aに従って行ったが、色素C106をZ907の代わりに使用する。
表4は、上記で引用した電解質配合物15〜20の測定の結果を要約する:
A dye-sensitized solar cell was fabricated according to Example A and measurements were made according to Example A, but dye C106 is used instead of Z907.
Table 4 summarizes the results of the measurements of the electrolyte formulations 15-20 cited above:

示すことができるように、添加剤1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1H−イミダゾールおよび1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾールは、NBBと比較して高い効率を与える。   As can be seen, the additives 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1H-imidazole and 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1 1,2,3-triazole provides higher efficiency compared to NBB.

Claims (14)

レドックス活性種を含む、色素増感太陽電池用の電解質配合物における、
式I
式中、
、R、R、RおよびRは、互いに独立して、
H、F、Clまたは
任意に部分的に、もしくは完全にフッ素化もしくは塩素化されていてもよい、1〜20個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝状アルキルであり、
nは1、2、3または4であり、
mは1、2、3または4である、
で表される少なくとも1種の化合物の添加剤としての使用。
In an electrolyte formulation for a dye-sensitized solar cell comprising a redox active species,
Formula I
Where
R a , R b , R c , R d and R e are independently of each other,
H, F, Cl or linear or branched alkyl having 1 to 20 C atoms, optionally partially or fully fluorinated or chlorinated,
n is 1, 2, 3 or 4;
m is 1, 2, 3 or 4.
Use as additive pressurizing agent THAT least one compound represented.
少なくとも1種の式Iで表される化合物中のR、R、R、RおよびRが互いに独立してHまたはFである、請求項1に記載の使用。 The use according to claim 1, wherein R a , R b , R c , R d and R e in at least one compound of formula I are H or F, independently of one another. 少なくとも1種の式Iで表される化合物中のR、R、R、RおよびRがHである、請求項1または2に記載の使用。 The use according to claim 1 or 2, wherein R a , R b , R c , R d and R e in at least one compound of formula I are H. 少なくとも1種の請求項1〜3のいずれか一項に記載の式Iで表される化合物をレドックス活性種と一緒に含む、色素増感太陽電池用の電解質配合物。 An electrolyte formulation for a dye-sensitized solar cell comprising at least one compound of formula I according to any one of claims 1 to 3 together with a redox active species. レドックス活性種が、ヨウ素および少なくとも1種のヨウ化物塩のレドックス対である、請求項4に記載の電解質配合物。 Redox active species, a redox pair of iodine and at least one iodide salt, electrolyte formulation of claim 4. 少なくとも1種の式Iで表される化合物を0.01〜30重量%の濃度において含む、請求項5に記載の電解質配合物。   6. Electrolyte formulation according to claim 5, comprising at least one compound of formula I in a concentration of 0.01 to 30% by weight. テトラシアノボレートアニオン、ジシアノジフルオロボレートアニオンおよび/またはフルオロトリシアノボレートアニオンを有する少なくとも1種の化合物を含む、請求項4〜6のいずれか一項に記載の電解質配合物。   The electrolyte formulation according to any one of claims 4 to 6, comprising at least one compound having a tetracyanoborate anion, a dicyanodifluoroborate anion and / or a fluorotricyanoborate anion. ヨウ化物またはチオシアン酸アニオンを有する少なくとも1種の塩を含み、そのカチオンが無機カチオン、グアニジニウムカチオンまたはプロトン化アミンである、請求項4〜7のいずれか一項に記載の電解質配合物。   The electrolyte formulation according to any one of claims 4 to 7, comprising at least one salt having an iodide or thiocyanate anion, the cation of which is an inorganic cation, a guanidinium cation or a protonated amine. ヨウ化物またはチオシアン酸アニオンを有する少なくとも1種の塩を含み、そのカチオンがプロトン化アミンである、請求項8に記載の電解質配合物。   9. The electrolyte formulation of claim 8, comprising at least one salt having an iodide or thiocyanate anion, the cation of which is a protonated amine. 色素増感電極を含み、少なくとも1種の請求項1〜3のいずれか一項に記載の式Iで表される化合物およびレドックス活性種を含む電解質配合物を含む、色素増感太陽電池。 A dye-sensitized solar cell comprising a dye-sensitized electrode and comprising an electrolyte formulation comprising at least one compound of formula I according to any one of claims 1 to 3 and a redox active species . レドックス活性種を含む、色素増感太陽電池用の電解質配合物における、1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1H−イミダゾールまたは1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾールの添加剤としての使用。 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1H-imidazole or 1- (3,3,4,4) in an electrolyte formulation for dye-sensitized solar cells containing redox active species , 4-pentafluoro-butyl) -1,2,3 use as additive pressurizing agent triazole. 少なくとも1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1H−イミダゾールまたは1−(3,3,4,4,4−ペンタフルオロブチル)−1,2,3−トリアゾールをレドックス活性種と一緒に含む、色素増感太陽電池用の電解質配合物。 Redox at least 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1H-imidazole or 1- (3,3,4,4,4-pentafluorobutyl) -1,2,3-triazole An electrolyte formulation for a dye-sensitized solar cell , which is contained together with an active species. レドックス活性種を含む、色素増感太陽電池用の電解質配合物における、1−(2’−チオエチル)エチルイミダゾールの添加剤としての使用。 Including redox active species, in the electrolyte formulation for the dye-sensitized solar cell, 1- (2'-thioethyl) used as additive pressurizing agent ethylimidazole. 少なくとも1−(2’−チオエチル)エチルイミダゾールをレドックス活性種と一緒に含む、色素増感太陽電池用の電解質配合物。 An electrolyte formulation for a dye-sensitized solar cell , comprising at least 1- (2′-thioethyl) ethylimidazole together with a redox active species.
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